呈现具有平坦区域的感应电压的永磁电机中的相位提前方法技术

本发明专利技术涉及在具有非理想感应电压的电机中使用提前相位，尤其是在具有呈现平坦区域的感应电压的电机中使用提前相位，以避免控制的不稳定，其中，第一步是检测不稳定的平坦区域的感应电压的通过，然后在相位提前中应用固定增量以避免平坦区域。检测可以通过两种方式进行：通过直接测量感应电压；测量续流电流的消失时间。失时间。失时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】呈现具有平坦区域的感应电压的永磁电机中的相位提前方法


[0001]本专利技术涉及能够增加具有非梯形的感应电压尤其是在过零点附近呈现平坦区域的电压的无刷直流(BLDC)电机的旋转的技术。
[0002]由于感应电压的过零区域中的非线性和不可预测的影响，过零点周围的平坦区域会导致相位提前监测的不稳定。

技术介绍

[0003]BLDC电机压缩机的典型无传感器驱动是称为“六步”的驱动，其中电机驱动分为六个电气位置，即，三个相(A、B和C)。
[0004]从这个意义上说，每个位置控制这些相中的两个相，而第三相用于监测感应电压以及随后对电机位置的识别。
[0005]逆变器包括输入端的转换器级，负责提供直流电压源(Vbarr)。例如，输入端的转换器级可以是连接至电网的AC
‑
DC转换器，或者甚至是连接至电池的DC
‑
DC转换器。
[0006]此外，存在由连接至转换器输出端的六个SW开关(1，2，3，4，5，6)形成的逆变器桥，其中，该逆变器桥连接至BLDC电机。
[0007]控制单元由电压监测电路形成，用于监测感应电压并估计转子的电角度，然后应用划分为60度的各种电气位置(1，2，3，4，5，6)。
[0008]BLDC电机中最常用的转子角度估计技术是检测每个位置断开的相中感应电压的过零。
[0009]例如，假设A相在位置6完全断开，并且可以监测其感应电压，当该阶段的电压达到Vbarr/2时，意味着发生了过零。该过零发生在从切换点到位置1的正好30度处。
[0010]因此，其基于先前的切换等待与30度相对应的时间并切换至位置1。
[0011]通常，每个驱动位置与感应电压同相施加，以确保最大的扭矩和功率因数。也就是说，逆变器的施加电压与电机的感应电压之间的相位角(AF)近似为零。
[0012]电机的感应电压Ea、Eb和Ec(分别为A相、B相和C相的感应电压)与速度成比例。因此，随着电机速度增大，这些电压接近总线电压的最大值(Vbarr)。
[0013]当感应相电压(Eab、Ebc、Eca)达到与电压Vbarr相同的幅值时，就不再能够向电机注入电流。此时，如果不改变控制策略，就不可能进一步对电机加速。
[0014]2003年9月17日公布的题为“Driving method and driving apparatus of permanent magnet synchronous motor for extending flux weakening region”的文献WO2005/025050A1提出了两种将旋转增加到BLDC电机的标称水平以上的解决方案。
[0015]第一种解决方案是将每相的传导水平从120度提高到150度。通过这种方式，施加至电机的平均电压显著增加，从而达到更高的速度。驱动角度增加到150度，因为那是发生过零的时候。因此，当检测到零点时，电压已经施加至该相。然而，不能将传导角度增加到150度以上，因为在这种情况下，可能无法检测到过零。
[0016]文献中详述的另一解决方案是开环电机驱动，即，不使用位置估计。通过这种方
式，驱动角度可以扩大到180度，并且可以进一步增大施加至电机的平均电压，从而增加其旋转。然而，这种技术受到以下事实的限制：施加电压与感应电压(负载角度)之间的角度不能大于90度(对于具有相等直轴和交轴阻抗的BLDC电机)，否则会失去同步性并且控制进入可能导致倾斜(tipping)的不稳定区域。
[0017]从这个意义上说，文献中描述了另一种技术，称为相位提前(phase advance)。该技术包括提前与转子位置有关的施加电压的换向角。因此，当感应电压Ea、Eb、Ec尚未达到给定旋转的最大值时，向电机施加电压。这样，可以向电机注入电流，并且在Vbarr总线的相同电压值下扩大最大速度范围。
[0018]然而，到目前为止提到的技术考虑使用具有完美梯形电压的BLDC电机。在这种情况下，感应电压的过零点(Z)是明确定义的。
[0019]然而，在实践中，出于成本和生产过程简化的原因，并不总是能够设计出具有接近于理想的特性的电机。从这个意义上说，具有近似梯形的电压的BLDC电机在过零点周围呈现平坦区域。这种平坦区域产生非线性影响，这给传统的过零监测控制策略带来了不稳定的问题。
[0020]2013年3月14日公布的题为“Method of controlling an electric motor,a system for controlling an electric motor and an electric motor”的北美文献US6922027描述了一种位置感测技术，该技术不利用过零，而是利用断开的相与其他相的比较。由于其他相将通过PWM调制连接至电压Vbarr或GND，因此还计算用于间接获得这些其他相中感应电压值的参数(H)。
[0021]因此当满足以下条件时，在各个位置之间发生切换：
[0022]·
切换位置6
‑‑
>1：Fam≥Fcm
‑
H
[0023]·
切换位置1
‑‑
>2：Fcm≤Fbm+H
[0024]·
切换位置2
‑‑
>3：Fbm≥Fam
‑
H
[0025]·
切换位置3
‑‑
>4：Fam≤Fcm+H
[0026]·
切换位置4
‑‑
>5：Fcm≥Fbm
‑
H
[0027]·
切换位置5
‑‑
>6：Fbm≤Fam+H
[0028]其中，Fam、Fbm、Fcm分别是端子Fa，Fb，Fc中电压的移动平均值。移动平均值必须在PWM频率的多重采样频率下进行，以充分滤除调制的影响并获得平均相电压。
[0029]H是电机流量常数(motor flow constant)的函数，其取决于速度和扭矩(或电流)，通常可以表示为：
[0030]H＝Hcoef
×
(rpm+K
×
扭矩)
[0031]其中，Hcoef是与电机流量常数成比例的参数，K是扭矩(或电流)调整参数。
[0032]US6922027中提出的这种技术对于估计具有波形失真的电机中的位置是有效的。然而，当与相位提前结合使用时，该技术会出现问题。
[0033]更具体地，相位提前会导致进入不确定的平坦区域，对于相同的相位提前参数，可能会发生有效相位提前的变化，从而导致电机速度的不期望振荡。
[0034]2003年1月28日公布的题为“Apparatus and method for driving abrushless motor”的北美文档US6512341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.在具有非理想感应电压的电机中检测通过不稳定的平坦区域的相位提前方法，其特征在于，通过直接测量感应电压执行检测，所述方法包括以下步骤：对电机位置变化应用渐进的相位提前；监测Vbarr总线电压以及FA、FB和FC的相在各自的相断开的位置的电压；在每个相位提前水平检查每个电机位置(1至6)的感应电压值是否近似等于总线电压的一半(Vbarr/2)，其中，如果感应电压近似对应于Vbarr的一半，则对H_coef参数应用固定的增量Df。2.在具有非理想感应电压的电机中检测通过不稳定的平坦区域的相位提前方法，其特征在于，通过测量续流电流的消失时间执行检测，所述方法包括以下步骤：对电机位置变化应用渐进的相位提前；监测Vbarr...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
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：