無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型所述了一種無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置，該裝置主要由功率放大單元、主控制單元、操作控制單元及永磁同步電動機組成，其中功率放大單元由可控整流電路、逆變電路及檢測電路組成；主控制單元由外部接口處理電路和數字控制器構成；操作控制單元主要由外部操作控制面板實現；永磁同步電動機包含電動機定子和轉子。本實用新型取代異步機+減速機方案，采用永磁同步電動機，能夠提高裝置效率；采用無位置傳感器方案可以提高運行可靠性及環境適應能力，增加輸入功率因數校正及濾波環節，減少對電網的干擾及進線損耗，達到了裝置綠色節能目的。
【專利說明】無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電機驅動控制技術，特別是無位置傳感器永磁同步電動機的控制。
【背景技術】
[0002]我國在“十一五”規劃中明確提出單位⑶P能耗和主要污染物排放總量比“十五” 期末分別降低20%左右、10%的約束性指標。“開源節流”是應對能源危機和環境惡化的唯一辦法。節能方面，工業節能是其他行業節能的源頭，而其中電機節能又占有的十分重要的地位。可以看出兩方面的發展都離不開高效節能的電機及其電力電子變換器系統，因此開展對高效節能電機系統的研究是非常必要和緊迫的。
[0003]在工業領域，電動機+減速機或皮帶減速輪的裝置廣為應用，但減速機構的使用嚴重影響了裝置工作效率，增加了裝置的損耗，為此設計直接驅動裝置取代原有裝置。永磁同步電動機具有輸出轉矩高、低速特性優異、效率高，調速范圍大等特點，特別適合用來作為直接驅動的執行機構。但永磁同步電動機裝置通常需要角位置傳感器制約了裝置的使用范圍，并且變頻驅動器中不控整流帶來了對電網的干擾，尤其是電流中的高次諧波成分，增加了裝置的無功損耗。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種能夠提高效率，減少對電網的干擾及進線損耗的節能型無位置傳感器永磁同步 [0005]本實用新型的技術解決方案為：
[0006]無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置由三相電源、功率放大單元、主控制單元、 操作控制單元及永磁同步電動機組成，其中功率放大單元由可控整流電路、逆變電路及檢測電路組成；主控制單元由外部接口處理電路和數字控制器構成；操作控制單元主要由外部操作控制面板實現；永磁同步電動機包含電動機定子和轉子，三相電源通過整流電路后， 將三相交流電變為直流電，再通過頻率變換后，通過逆變電路，將直流電變換為電壓和頻率都可調的交流電，供給永磁同步電動機用于調速，檢測電路分為第一檢測電路、第二檢測電路和第三檢測電路，其中第一檢測電路用于檢測三相電源中的任意兩相之間的電壓，第二檢測電路用于檢測整流電路輸出的直流側電壓，第三檢測電路用于檢測逆變電路輸出的任意兩相之間的交流電壓；三個檢測電路將檢測得到的電壓通過外部接口處理電路，傳送給數字控制器，數字控制器根據三路電壓信號，進行算法處理，然后分別控制整流電路和逆變電路中功率開關管的觸發和關斷角度，從而調節永磁同步電動機所加電壓的幅值大小和頻率，通過無位置控制算法調節永磁同步電動機的轉速。
[0007]所述數字控制器為TMS320F2808。
[0008]利用本實用新型所述的無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置，進行電機驅動的具體方法步驟為：采用轉子定位、開環加速和閉環運行三段式運行策略；其中轉子定位--給永磁同步電動機定子通入六個脈沖；開環加速:在轉子定位完成后，開始啟動時，速度控制開環和電流控制閉環，由數字控制器給出一個旋轉電壓矢量，進而產生旋轉磁場，帶動電機轉動，待電機以一定轉速運行并可準確估算到轉子位置之后，再切換到閉環工作模式，輸出轉速隨給定轉速變化；閉環運行:在此控制階段采用一種基于觀測器的電機無位置傳感器控制方案，通過觀測器獲取磁極位置和轉速信息，實現了基于轉子磁場定向的矢量控制方式。
[0009]本實用新型的主要優點體現在:
[0010]本實用新型提供了一套無位置傳感器永磁同步電動機直接驅動裝置，取代異步機+減速機方案，采用永磁同步電動機，能夠提高裝置效率；采用無位置傳感器方案可以提高運行可靠性及環境適應能力，增加輸入功率因數校正及濾波環節，減少對電網的干擾及進線損耗，達到了裝置綠色節能的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置組成框圖；
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0013]結合圖1，無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置由三相電源、功率放大單元、主控制單元、操作控制單元及永磁同步電動機組成，其中功率放大單元由可控整流電路、逆變電路及檢測電路組成；主控制單元由外部接口處理電路和數字控制器構成；操作控制單元主要由外部操作控制面板實現；永磁同步電動機包含電動機定子和轉子，三相電源通過整流電路后，將三相交流電變為直流電，再通過頻率變換后，通過逆變電路，將直流電變換為電壓和頻率都可調的交流電，供給永磁同步電動機用于調速，檢測電路分為第一檢測電路、第二檢測電路和第三檢測電路，其中第一檢測電路用于檢測三相電源中的任意兩相之間的電壓，第二檢測電路用于檢測整流電路輸出的直流側電壓，第三檢測電路用于檢測逆變電路輸出的任意兩相之間的交流電壓；三個檢測電路將檢測得到的電壓通過外部接口處理電路，傳送給數字控制器，數字控制器根據三路電壓信號，進行算法處理，然后分別控制整流電路和逆變電路中功率開關管的觸發和關斷角度，從而調節永磁同步電動機所加電壓的幅值大小和頻率，通過無位置控制算法調節永磁同步電動機的轉速。
[0014]在利用本實用新型所述的無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置進行控制時，具體方法如下:系統運行時，合上外部操作控制面板的空氣開關，通過三相交流電源給可控整流電路供電，調整外部操作控制面板的轉速給定按鈕，按需要設置轉速，設置的轉速通過總線經外部接口處理電路，傳送到數字控制器形成轉速指令。按下外部操作控制面板的起動按鈕，啟動指令通過外部接口處理電路傳送到數字控制器，數字控制器通過外部接口處理電路，使得可控整流電路、逆變電路開始工作，通過控制整流電路和逆變電路開關管的觸發角度，給永磁同步電動機提供可變頻率和電壓幅值的三相電，永磁同步電動機按一定加速時間加速到設定轉速。當需要停電機時，按下外部操作控制面板的停止按鈕，停機指令仍然通過外部接口處理電路傳到數字控制器，數字控制器通過外部接口處理電路，使得可控整流電路、逆變電路工作，減少給永磁同步電動機定子繞組的電壓幅值和頻率，此時永磁同步電動機減速，當三個檢測電路檢測信息經過數字控制器的運算分析到達一定頻率時，數字控制器給可控整流電路、逆變電路停止發脈沖信號，逆變電路不再給永磁同步電動機供電，永磁同步電動機停止運行。
[0015]在系統運行過程中，第三檢測電路實時的將逆變電路的電壓和電流信息通過外部接口處理電路發送到數字控制器，數字控制器無位置傳感器控制運行策略形成空間矢量脈沖信號，經外部接口處理電路傳給逆變電路，逆變電路進行信號功率放大后，輸出到永磁同步電動機，同時第二檢測電路實時檢測可控整流電路的前端電壓和電流信息，通過外部接口處理電路發送到數字控制器，數字控制器根據功率因數校正算法形成脈沖信號，經外部接口處理電路傳給可控整流電路，可控整流電路進行信號功率放大后，控制整流電路的電壓和電流，使得整個系統接近整功率因數運行。
[0016]永磁同步電動機控制采用三段式運行策略主要包括:轉子定位、開環加速和閉環運行三個階段。其中轉子定位:給永磁同步電動機定子通入六個脈沖，根據獲取的電流信息得到一個初步粗略位置，能夠保證開環加速時有足夠啟動力矩。開環起動，在定位完成后，開始啟動時，速度控制開環和電流控制閉環，由控制器給出一個旋轉電壓矢量，進而產生旋轉磁場，帶動電機轉動。待電機以一定轉速運行并可以準確估算到轉子位置之后，再切換到閉環工作模式，輸出轉速隨給定轉速變化。閉環運行:在此控制階段為了滿足工作可靠實現簡便的要求，采用一種基于觀測器的電機無位置傳感器控制方案，通過觀測器獲取磁極位置和轉速信息，實現了基于轉子磁場定向的矢量控制方式。
[0017]圖1中的數字控制器在本實施例中采用的是DSP-TMS320F2808，其接口電路，包括數字、模擬及通信接口組成了最小系統板硬件電路。其中TMS320F2808負責處理采集到的數據和發送控制命令，TMS320F2808產生合適占空比的PWM控制信號，驅動IPM，再由IPM直接驅動電機旋轉；TMS320F2808經A/D 口采集電機的相電流信號，完成電機的電流閉環控制和電機的過流保護等。
[0018]圖1中的功率放大電路包括兩部分，可控整流和逆變，其中可控整流電路與逆變電路結構一樣。可控整流的最大優點是可以控制功率因數，通過改變導通關系，減少高次諧波成分。采用IGBT門驅動光電耦合器HCPL-315J，對上、下橋臂的兩個IGBT提供隔離和驅動。驅動側的12路隔離直流電源，由兩個6路輸出且相互隔離的小變壓器經整流后提供。IGBT模塊采用IKW20N60T，霍爾電流傳感器KA50A/P，電壓互感器HPT205NB等。
[0019]本實用新型說明書中未作詳細說明描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1.無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置，其特征在于:由三相電源、功率放大單元、主控制單元、操作控制單元及永磁同步電動機組成，其中功率放大單元由可控整流電路、逆變電路及檢測電路組成；主控制單元由外部接口處理電路和數字控制器構成；操作控制單元主要由外部操作控制面板實現；永磁同步電動機包含電動機定子和轉子，三相電源通過整流電路后，將三相交流電變為直流電，再通過頻率變換后，通過逆變電路，將直流電變換為電壓和頻率都可調的交流電，供給永磁同步電動機用于調速，檢測電路分為第一檢測電路、第二檢測電路和第三檢測電路,其中第一檢測電路用于檢測三相電源中的任意兩相之間的電壓，第二檢測電路用于檢測整流電路輸出的直流側電壓，第三檢測電路用于檢測逆變電路輸出的任意兩相之間的交流電壓；三個檢測電路將檢測得到的電壓通過外部接口處理電路，傳送給數字控制器，數字控制器根據三路電壓信號，進行算法處理，然后分別控制整流電路和逆變電路中功率開關管的觸發和關斷角度，從而調節永磁同步電動機所加電壓的幅值大小和頻率，通過無位置控制算法調節永磁同步電動機的轉速。
2.根據權利要求1所述的無位置傳感器永磁同步電動機直驅裝置，其特征在于:所述數字控制器為TMS320F2808。
【文檔編號】H02P27/06GK203423643SQ201320192337
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年4月17日 優先權日:2013年4月17日
【發明者】杜春洋 申請人:杜春洋