应用于往复式压缩机的BLDC电机的启动方法技术

本发明专利技术涉及具有梯形感应电压的BLDC电机(10)在高负载条件下利用两级改进且分离的固定时间或固定频率滞环电流控制器的启动方法，其中，BLDC电机(10)通过仅具有位于母线中的一个电流传感器(20)的逆变器桥(30)进行驱动，所述逆变器桥(30)通过与模数转换器相关联的处理单元控制，其中，新颖性基本上包括以下事实：通过两级分离固定时间或固定频率滞环电流控制器控制BLDC电机电流(I

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】应用于往复式压缩机的BLDC电机的启动方法


[0001]本专利技术涉及包括具有梯形的感应电压的无刷直流三相电机(BLDC)的往复式压缩机。
[0002]更具体地，本专利技术涉及无机械位置传感器的BLDC电机在高负载和非均衡压力的条件下(典型为具有用于提高效率的截止阀的制冷系统)的启动方法。
[0003]根据本专利技术的方法通过利用仅具有位于母线上的一个电流传感器的三相逆变器桥驱动BLDC电机来进行，所述三相逆变器桥由与模数(A/D)转换器相关联的处理单元控制。

技术介绍

[0004]通常用于驱动可变容量往复式压缩机的电机是无刷直流电机
‑
BLDC，因为其功率密度高且效率高，此外，其驱动简单，并且进行该驱动期望的组件的数量较少，这使得制冷系统的成本更低。
[0005]图1描述了现有技术中用于驱动可变容量往复式压缩机的系统。如图1所示，所述系统包括直流电源V
cc
、母线中的电流传感器20(所述传感器测量母线电流i
busbar
)、模数转换器和电流控制器。电流控制器与六个开关S1‑
S6相关联，所述开关负责施加至BLDC电机10的电流的强度。此外，开关S1‑
S6与六个续流二极管D1‑
D6并联。开关S1、S2和续流二极管D1、D2与BLDC电机10的A相相关联，并且负责电流i
a
的强度，开关S3、S4和续流二极管D3、D4与BLDC电机10的B相相关联，并且负责电流i
b
的强度，开关S5、S6和续流二极管D5、D6与BLDC电机10的C相相关联，并且负责电流i
c
的强度。此外，六个驱动开关S1‑
S6和六个续流二极管D1‑
D6组成了逆变器桥(30)。
[0006]此外，图2在上半部分描述了BLDC电机10的感应电压波形e
a
、e
b
、e
c
和期望电流i
a
、i
b
、i
c
，在下半部分描述了在BLDC电机10的典型驱动中应用于开关S1‑
S6的指令信号的波形。
[0007]运行三相BLDC电机的基本原理包括：在驱动所述电机的每一步骤中仅驱动电机的两相，而使第三相保持断开状态。每相的驱动的开始和结束必须与感应电压波形的平坦区域一致，以向所述BLDC电机提供连续的扭矩。因此，三相BLDC电机的驱动可以分为六步(分为六个分离电位置)，每个位置在360
°
电度的电周期内具有60
°
电度，因此，这称为六步驱动，如图2所示。此外，六步驱动的重要特性包括：当通过某个电位置进入下一个电位置时，原来断开的相变为驱动，被驱动的两个相中的一个相断开，而另一个相保持驱动。
[0008]三相BLDC电机的六步驱动通常利用负责BLDC电机开关的电子开关的三相逆变桥、根据上述驱动的基本原理、并且通过施加至电机的电压强度而进行。电机的多个相的驱动通过仅以电位置驱动两个开关进行，一个开关在逆变器桥的上分支，另一个开关在逆变器桥的下分支，每个开关以120
°
电度运行。此外，可以通过对每个电位置中驱动的一个或两个开关的脉宽调制(PWM)来控制施加至BLDC电机的电压强度。
[0009]此外，由于在每个驱动步骤中仅使BLDC电机的两个相驱动，因此在低成本应用中，电机电流的检测通常仅通过位于母线中的一个电流传感器间接进行。然而，这种配置意味着需要解决的一系列限制并且将在下面进一步描述。
[0010]用于控制BLDC电机的更简单方式是基于期望速度和实际速度之间的误差控制施加至电机的电压。BLDC电机的更简单启动包括施加开放网络电压斜坡(open
‑
mesh voltage ramp)，增大电压并减少每个电位置的时间，直到最小速度，此时可以通过电压控制器进行闭合网络驱动(closed
‑
mesh drive)。
[0011]然而，这种控制类型的问题包括响应缓慢，这样的响应不允许快速控制BLDC电机扭矩，例如，在某些应用中所要求的，例如，启动具有非均衡压力的往复式压缩机，这是具有截止阀的制冷系统的典型要求。
[0012]为了提供更快的响应，现有技术中已知的解决方案包括通过控制在电机中循环的电流的电流控制器来控制施加至BLDC电机的扭矩。这种类型的控制器包含多个控制网格，用于控制速度的外部网格和用于通过电流控制来控制扭矩的内部网格。
[0013]滞环电流控制器(hysteresis current controller)因其应用简单、瞬态快速动态响应的能力以及限制最大电流的固有能力而非常受欢迎。滞环电流控制器的另一个特性包括强健性，因为这种类型的控制器不依赖于电机参数。
[0014]此外，在传统的滞环电流控制器中，将实际电流控制为在较窄的工作范围内，接近期望电流。因此，每当实际电流超过该工作范围的上限时，电流控制的作用关断，当实际电流超过工作范围的下限时，其再次接通。
[0015]在用于BLDC电机的传统滞环电流控制器中，使用三个电流传感器，电机的每相一个电流传感器。利用三个独立的比较器将BLDC电机的相电流与参考电流进行比较。
[0016]替代方案是仅利用母线中的一个电流传感器，因为理想情况下，在每个驱动步骤仅驱动电机的两个相。然而，仅利用母线中的一个电流传感器存在一些局限性，主要是在使用的开关方法方面。
[0017]通常与滞环电流控制器一起使用的开关方法是双极开关方法，如图3a所示。在双极开关方法中，将脉宽调制应用于在某个电位置驱动的两个开关。双极开关方法更简单，一旦可以在与正在驱动的两个开关相对应的相中施加+V
CC
和
––
CC
，就可以提供更好的瞬态响应。然而，与单极开关方法相比，电流波动、开关频率和开关损耗更大。
[0018]在单极开关方法中，脉宽调制仅应用于在特定电位置驱动的两相中的一相，而另一相保持继续接通，如图3b所示。因此，在单极开关方法中，因为脉宽调制仅应用于两个驱动的相中一个相的开关，开关损耗较小，因为施加至该相的电压为0和+V
CC
或0和
––
CC
，电流波动减半，并且由于施加至电机的电压幅值减小，开关频率也降低。
[0019]单极开关方法也可以分为几种开关模式。单极方法的模式之间的差异可以包括与开关的驱动电路相关的约束、改变电位置时的中断的相的母线的电流返回的可能性以及通过续流二极管导通断开的相时的输入(Y.
‑
s.Lai和Y.
‑
k.Lin，“Assessment of Pulse
‑
Width Modulation Techniques for Brushless DC Motor Drives”，2006年IEEE工业应用会议第四十一届IAS年会的会议记录，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.具有梯形感应电压的BLDC电机(10)在高负载条件下利用两级分离固定时间或固定频率滞环电流控制器的启动方法，BLDC电机(10)通过仅具有位于母线中的一个电流传感器(20)的逆变器桥(30)进行驱动，所述逆变器桥(30)通过与模数转换器相关联的处理单元控制，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
‑
通过六步驱动技术驱动BLDC电机(10)，其中，在特定的电位置仅驱动两相；
‑
通过电流控制的闭合网络，在BLDC电机(10)中施加最大强度的电流，以在所述BLDC电机(10)中产生最大扭矩；
‑
应用ON_PWM型的单极开关模式，其中，每个开关在120
°
电期间以以下方式驱动：每个开关在最初的60
°
电期间保持持续接通，并且在最后的60
°
电期间通过脉宽调制进行调制；
‑
通过两级分离固定时间或固定频率滞环电流控制器控制BLDC电机电流(I
m
)的强度，其中，第一保护级包括：
‑
当在测量时刻(X)测量的BLDC电机电流(I
m
)超过第一最大电流限制(I
max1
)时，在第一保护时间(T
off1
)内关断第一开关；以及
‑
在第一保护时间(T
off1
)结束时，在第二保护时间(T
off2
)内保持第一开关关断并且关断第二开关；并且其中，第二保护级包括：当在测量时刻(X)测量的BLDC电机电流(I
m
)超过第二最大电流限制(I
max2
)时，在第三保护时间(T
off3
)内关断第一开关和第二开关。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一最大电流限制(I
max1
)低于第二最大电流限制(I
max2
)，并且第二最大电流限制(I
max2
)低于允许的最大电流(I
desmag
)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过将允许的最大电流(I
desmag
)减去第二最大误差(ΔI
max2
)设置第二最大电流限制(I
max2
)，并且通过将第二最大电流限制(I
max2
)减去第一最大误差(ΔI
max1
)设置第一最大电流限制(I
max1
)。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一最大电流限制(I
max1
)的值与第二电流限制(I
max2
)的值之间的差值高于第一最大误差(ΔI
max1
)的值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二最大电流限制(I
max2
)的值与允许的最大电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：NIDEC全球电器巴西有限公司，
类型：发明
国别省市：