专利名称：一种稀土永磁无刷直流电动机扩速用角度计算方法
技术领域：
本发明应用于稀土永磁无刷直流电动机的控制系统。此角度计算方法主要使用于 稀土永磁无刷直流电动机的扩速段的换相控制。
背景技术：
稀土永磁电机由于采用永磁体励磁而使得其结构简单、运行可靠、体积小、重量 轻、损耗小、效率高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。然而，永磁电机采用永磁 体励磁，也造成调节励磁的困难，难以实现在基速以上恒功率弱磁扩速运行。永磁电机最简单的扩速办法是利用电枢反应削弱励磁，即使定子电流的直轴分量 Id < 0，其产生的磁场方向与气隙磁场相反，起去磁作用。但是，永磁材料的磁导率与空气 相仿，磁阻很大，相当于定转子间有很大的有效气隙，利用电枢反应弱磁的方法需要较大的 定子电流直轴分量。作为短时运行，这种方法可以接受，长期弱磁工作时，会带来很大的功 率损耗。实际运行效果不理想。还有一种永磁电机的扩速方法是，利用永磁电机的气隙磁密随其转子位置周期变 化的特点，在其气隙磁密弱的时候给绕组加电。这样也能使绕组等效气隙磁密降低，最终达 到提高电机转速的目的。因此此扩速方法需要较高的换相控制精度，并且需要具有提前换 相(即换相点预测)功能。本发明很好的解决了此问题。
发明内容
本发明的具体内容是将直接检测位置信号改为利用速度信号计算出当前的电机 角度变量θ，并根据角度变量θ计算区间代号。通过“Ζ”信号或电周期信号对计算的角度 进行修正，以消除累积误差。满足控制器对位置信号的精度要求，并可以实现提前换相的功 能。根据“国家电控配电设备质量监督检验中心”出具的《160kW电机及控制器检验报 告》，可以得到以下结论经试验验证，在使用本发明的基础上，该系统已达到2. 5倍扩速指 标,运行稳定可靠。
图1为无刷直流电动机控制系统的原理框图；图2为霍尔位置传感器的位置检测信号；图3为三相无刷直流电动机星形连接驱动原理图。
具体实施例方式如图1所示，永磁无刷直流电动机直流驱动控制系统由直流电源、开关电路、电动 机、位置传感器、控制电路等部分组成。一、参数确定
1、确定电机的极对数P的数值；2、确定控制电路CPU的采样周期为Tl ；3、控制电路使用DSP的捕获功能检测电机转速η。二、当前角度θ计算1、利用U相的上升沿作为修正信号。每当捕获到修正信号，正转时令电机的角度 变量θ= 0 ；反转时令电机的角度变量Θ = 360 ；2、计算电机的当前角度θ i = θ ^1+ω XTl ；ω = 2Χ π Xf = 2Χ π ΧηΧΡ + 60 = 360ΧηΧΡ + 60 = 6ΧηΧΡ ；ω 电机转子电极电角速度；η 电机转速；P:电机极对数；θ η 上次采样周期计算的电机角度θ。3、对电机进行移相控制时，需在电机角度变量θ i上加上所需的移相角“ δ θ ”。三、区间代号D计算1、使用电机的角度变量θ查表得出区间代号D。区间代号D对应表if (60 > θ 彡 0) Dif (180 > θ ^ 60) Dif(180 > θ 彡 120)Dif(240 > θ 彡 180)Dif(300 > θ 彡 240)Dif (360 > θ 彡 300) Dif (420 > θ 彡 360) Dif(480 > θ 彡 420)D四、换相控制根据区间代号D并按照表1的规律，控制电子开关电路的功率管的状态，从而控制 电机的运行。见表1和图3表1三相星形连接全桥驱动功率开关管通电规律表
权利要求
一种稀土永磁无刷直流电动机扩速用角度计算方法，其特征在于包括下列步骤(1)、参数确定，其中包括极对数P，采样周期为T1，电机转速n；(2)、当前角度θ计算，θi＝θi 1+ω×T1+δθ；(3)、查表求得区间代号D；(4)、根据区间代号D，进行换相控制。
2.特征重点(1)、实时计算出电机的磁极位置区间是通过电机转速η先计算角度变量θ，再利用角 度变量θ计算出电机的磁极位置区间。每个电周期(或机械周期)对角度变量θ进行修 正。(2)、利用角度变量θ计算出电机的磁极位置区间时，如果用移相角δθ与角度变θ 之和计算电机的磁极位置区间，就可对永磁无刷直流电机进行扩速控制。
全文摘要
稀土永磁电机由于采用永磁体励磁而使得其结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、损耗小、效率高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。然而，永磁电机采用永磁体励磁，也造成调节励磁的困难，难以实现在基速以上恒功率弱磁扩速运行。本发明通过高速处理器，利用速度信号计算出当前的电机角度变量θ，进而预测出电机的换相位置，精确控制无刷直流电动机在低磁密区换相。使永磁无刷直流电机的最高转速比额定转速提高一倍以上，扩大永磁无刷直流电机的工作范围，可广泛用于国防军工、工业及民用等领域。根据“国家电控配电设备质量监督检验中心”出具的《160kW电机及控制器检验报告》，可以得到以下结论经试验验证，在使用本发明的基础上，该系统已达到2.5倍扩速指标，运行稳定可靠。
文档编号H02P6/06GK101938238SQ201010253919
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者倪平, 孙德海, 曲国杰, 王津 申请人:天津航天鑫茂稀土机电科技有限公司