開關磁阻電機的轉速控制方法
2023-05-28 03:07:56
專利名稱：開關磁阻電機的轉速控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電機的轉速控制方法，尤其是涉及一種開關磁阻電機的轉速控制方法。
背景技術：
現有開關磁阻電機的轉速控制方法通常採用圖1所示的與一般6/4繞組構造相類似的驅動電路圖來實現。其構成包括，能夠把輸入電源取得平滑並將其直流電壓提供給電機的電解電容C；按N相數量而相互並聯連接在一起的N個電機繞組La、Lb、Lc；在電機繞組La、Lb、Lc上，上下串聯連接的上端開關元件Q1a、Q1b、Q1c和下端開關元件Q2a、Q2b、Q2c；上端開關元件Q1a、Q1b、Q1c的發射極和下端開關元件Q2a、Q2b、Q2c的發射極之間連接的續流二極體FRD2、FRD4、FRD6；上端開關元件Q1a、Q1b、Q1c的集電極和下端開關元件Q2a、Q2b、Q2c的集電極之間連接的續流二極體FRD3、FRD5、FRD7；為檢出各相電流的電阻Rd1、Rd2、Rd3。首先，若通過電解電容C使輸入電源以平滑的直流電壓供給開關磁阻電機，開關磁阻電機就可進行運轉，此時，可通過設置在電機內部的光碼盤，將轉子的位置在位置傳感器上檢出，並輸出檢出信號。誘導A相的信號供給串聯在A相的電機繞組La上的上端開關元件Q1a、下端開關元件Q2a的基極，A相的電機繞組的上端開關元件Q1a、下端開關元件Q2a就可同時開啟。隨著A相的上端開關元件Q1a、下端開關元件Q2a開啟同時，電機繞組La內形成電流流動，由此，A相的電機繞組La上形成的電流可有效地作用及控制。然後，將上述A相的上端開關元件Q1a、下端開關元件Q2a同時進行關閉，同時，可向相互串聯在B相的電機繞組Lb上的上端開關元件Q1a、下端開關元件Q2a的基極供給誘導信號。此時，在A相的電機繞組La上形成的有效磁通，仍可通過續流二極體FRD3、電解電容C、續流二極體FRD2，使電機繼續靈活運轉，同時，B相的電機繞組上相互串聯的上端開關元件Q1b、下端開關元件Q2b開啟。隨著上述B相的上端開關元件Q1b、下端開關元件Q2b開啟，電機繞組Lb內形成電流流動，因此，B相的電機繞組Lb上形成的電流可有效地作用及控制。然後，上述B相的上端開關元件Q1b、下端開關元件Q2b同時進行關閉，同時，可向相互串聯在C相的電機繞組Lc上的上端開關元件Q1c、下端開關元件Q2c的基極供給誘導信號。此時，在B相的電機繞組Lb上形成的有效磁通，仍可通過續流二極體FRD5、電解電容C、續流二極體FRD4，使電機繼續靈活運轉，同時，C相的上端開關元件Q1c、下端開關元件Q2c就可同時開啟，C相的電機繞組Lc上形成的電流可有效地作用及控制。上述轉子的位置由位置傳感器檢出，並將檢出的轉子位置信號向微機傳送，微機就可將控制各相的脈衝寬度調製信號向開關元件的門極施加，進行開關元件的開關周期調節，由此可對電機轉速進行控制。由於與上述內容一起動作的裝置，是利用脈衝寬度調製信號的佔空係數比來控制電機轉速，若脈衝寬度調製信號的佔空係數較小，因開關元件的導通時間較短，就會存在不可能按低速運轉的問題發生。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種通過控制脈衝寬度調製信號的線型角及佔空係數，使廣域的電機轉速控制成為可能。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是按照使用者輸入希望的電機轉速來驅動電機，並和當前電機轉速設定值相比較，即作為第一過程；上述第一過程的比較結果，若比當前設定值大時，在固定線型角的狀態下，將當前脈衝寬度調製信號的佔空係數按希望的電機轉速的佔空係數進行變化並輸出，即作為第二過程；上述第一過程的比較結果，當前電機的電機轉速若比設定值小時，在固定脈衝寬度調製信號的佔空係數的狀態下，將線型角變化成希望的電機轉速的佔空係數並輸出，即作為第三過程。
所述的開關磁阻電機的轉速若比設定值小，還可依靠在延遲時間內的比例降低轉速。
本發明不必增加其它附加的電源及與相部開關相連的其它附加轉換所需的驅動電路，節約了費用，僅通過線型角及佔空係數的控制，具有廣域的轉速控制可行效果。
圖1為現有技術的開關磁阻電機的驅動電路圖；圖2為本發明具體實施方法的開關磁阻電機轉速控制的驅動電路圖；圖3為本發明開關磁阻電機轉速的控制方法動作流程圖；圖4為本發明的圖2中各部分的時序圖；圖5為本發明圖2中脈衝寬度調製信號的佔空係數為20％，轉速為250r/min情況下，各部分信號波型圖；
圖6為本發明圖2中轉速與調製信號關係的示意圖；圖7為本發明圖2中轉速與延遲時間的關係示意圖；圖8為本發明圖2中脈衝寬度調製信號的佔空係數為20％，轉速為300r/min情況下，各部分信號波型圖。
圖中1 傳感器信號；2 驅動電壓；3 相電壓；4 相電流；5 佔空係數固定條件下，線型角控制；6 線型角固定條件下，佔空係數控制；7 線型角固定條件下，線型角＝可延遲的角度。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明開關磁阻電機轉速的控制方法作進一步的詳細說明圖2是本發明的開關磁阻電機轉速的控制方法中，適用於開關磁阻電機的驅動電路實例的構成電路圖。由圖所示，其構成包括能夠把輸入的電源取得平滑並將其直流電壓提供給電機的電解電容C1；按N相數量而相互並聯連接的N個電機繞組La、Lb、Lc；在上述電機繞組La、Lb、Lc上，上下相互串聯連接的PNP型電晶體Q1a、Q1b、Q1c及場效應管M1、M2、M3；上述場效應管M1、M2、M3導通時，電源被充電；場效應管M1、M2、M3關閉時，按充電電流方向將上述PNP型電晶體Q1a、Q1b、Q1c導通而作用的電容C2、C3、C4；上述PNP型電晶體Q1a、Q1b、Q1c的發射極和場效應管M1、M2、M3漏極之間相連接的續流二極體FRD2、FRD4、FRD6；PNP型電晶體Q1a、Q1b、Q1c的集電極和場效應管M1、M2、M3源極之間連接的續流二極體FRD3、FRD5、FRD7；為檢出各相電流的電阻Rd1、Rd2、Rd3等構成。
圖3是與本發明的開關磁阻電機轉速的控制方法相對應的動作流程圖。由圖所示，其中，一旦使用者輸入希望的電機轉速，以此驅動電機，其當前電機的電機轉速與設定值比較，此為第一過程；上述第一過程的比較結果，若當前電機的轉速比設定值大，在線型角固定狀態下，將當前脈衝寬度調製信號的佔空係數按照希望的電機轉速的佔空係數變化輸出，此為第二過程；上述第一過程的比較結果，若當前電機的轉速比設定值小，在脈衝寬度調製信號的佔空係數固定狀態下，按照希望的電機轉速的佔空係數將線型角變化輸出為第三過程；以上為本發明的動作控制構成。
下面結合圖2、圖3再進一步說明首先，通過電解電容C1把輸入電源取得平滑的直流電壓提供給開關磁阻電機，開關磁阻電機開始運轉，同時，通過設置在電機內部的光碼盤，將轉子的位置由位置傳感器檢出。
為了說明A相有效形成的過程，首先，微機只有如圖4中的識別位置信號的傳感器信號1，隨即向A相的場效應管M1上施加如圖4中一樣的脈衝寬度調製信號的驅動電壓2，這樣，上述場效應管M1開啟，電容C2充電，PNP型電晶體Q1a也同時開啟，電機繞組La上形成與圖4中一樣的相電壓3，在電阻Rd1上可檢出和圖4中一樣的相電流4。
此時，若A相的場效應管M1自行關閉，在上述電容C2上已充電的電流仍可通過上述PNP型電晶體Q1a流動，其PNP型電晶體Q1a不自行工作。
將上述A相的場效應管M1進行關閉，將作用B相的脈衝寬度調製信號施加於B相的電機繞組Lb上相串聯連接的場效應管M2門極，此時，在A相的電機繞組La上的有效磁通，仍可通過續流二極體FRD3、電解電容C1、續流二極體FRD2而存在，使電機繼續靈活運轉。
與此同時，只有上述場效應管M2開啟，電容C3被充電，特別是，PNP型電晶體Q1b也開啟，才能使電機繞組Lb上有電流流動。因此，就可有效地在B相的電機繞組Lb上進行控制。
再將上述B相的場效應管M2進行關閉，將作用B相的脈衝寬度調製信號施加於C相的電機繞組Lc上的串聯連接的場效應管M3門極，此時，相對B相消減的電機繞組Lb上的有效磁通，仍可通過續流二極體FRD5、電解電容C1、續流二極體FRD4而存在，使電機繼續靈活運轉。
與此同時，只有上述場效應管M3開啟，電容C4被充電，特別是，PNP型電晶體Q1c也開啟，才能使電機繞組Lc上有電流流動。由此，就可有效地在C相的電機繞組Lc上進行控制。
如圖5，在脈衝寬度調製信號的佔空係數為20％，電機轉速為250r/min情況下，各相PNP型三極體Q1a、Q1b、Q1c的驅動電壓關閉時，若以電容C2、C3、C4的充電電壓作為驅動的話，由於其電容C2、C3、C4的充電時間比放電時間短，導致上述PNP型三極體Q1a、Q1b、Q1c的自動工作，上述PNP型三極體Q1a、Q1b、Q1c的溫度上升，可能導致破損。為此，本發明是通過上述動作控制的脈衝寬度調製信號的佔空係數與線型角進行控制，使開關元件避免破損，並控制電機轉速，為此，作進一步說明如下首先，一旦使用者輸入希望的電機轉速，微機按使用者希望的電機轉速，將脈衝寬度調製信號向上述場效應管M1上施加，此時，上述場效應管M1開啟，電容C2充電完了，PNP型三極體Q1a也開啟，在電機繞組La上就形成施加的相電壓，在電阻Rd1上也可檢出相電流。
按上述相同的動作方法，B、C相被驅動，電機才可轉動。
在這裡，與圖6一起，微機對上述電機的轉速是否為1500r/min進行大小判斷，其轉速若比1500r/min小，在固定脈衝寬度調製信號的佔空係數狀態下，按希望的電機轉速的佔空係數變化線型角，與此同時，將脈衝寬度調製信號向場效應管M1、M2、M3的門極施加，通過控制場效應管M1、M2、M3的開/閉周期，使電機轉動。
同理，若要以低速驅動電機，電機的轉速只有按圖7延遲時間比例進行，減小電機轉速。
若上述電機的轉速比1500r/min大，在固定線型角情況下，將當前脈衝寬度調製信號的佔空係數按希望的電機轉速的佔空係數變化，並順次在上述場效應管M1、M2、M3的門極上施加。雖然上述場效應管M1、M2、M3可順次導通，但是其導通時間隨通過上述脈衝寬度調製信號的佔空係數比增大而增加。
圖8是脈衝寬度調製信號的佔空係數比為25％，電機的轉速在1000r/min情況下，相應各部分的信號波形圖。
進一步說明，本發明是在使用者輸入希望的電機轉速時，電機轉速在設定轉速到達之前為止，通過固定脈衝寬度調製信號的佔空係數，將線型角按已變化的調製信號方式，控制各相的場效應管M1、M2、M3的導通，一旦電機的轉速超過設定電機的轉速，在線型角固定狀態下，通過改變脈衝寬度調製信號的佔空係數比，控制上述各相的場效應管M1、M2、M3的導通，電機也以此設定轉速進行驅動。
權利要求
1.一種開關磁阻電機轉速的控制方法，其特徵在於a.第一過程根據使用者的要求，輸入希望的電機轉速，將以此驅動的當前電機的轉速與設定值比較；b.第二過程上述第一過程的比較結果，若當前電機的轉速比設定值大，在線型角已固定狀態下，將當前脈衝寬度調製信號的佔空係數按希望的轉速的佔空係數進行變化輸出；c.第三過程上述第一過程的比較結果，若當前電機的轉速比設定值小，在脈衝寬度調製信號的佔空係數已固定狀態下，依照希望的轉速的佔空係數，對線型角進行變化輸出。
2.根據權利要求1所述的開關磁阻電機轉速的控制方法，其特徵在於電機的轉速比設定值小，還可依靠在延遲時間內的比例降低轉速。
全文摘要
本發明是關於開關磁阻電機轉速的控制方法，通過控制脈衝寬度調製信號的線型角及佔空係數，達到對廣域的電機轉速的控制，本發明的控制方法是按照使用者預期希望的電機轉速進行輸入並驅動電機，將當前電機轉速與設定值作比較，此為第一過程；上述第一過程的比較結果，假若當前電機的轉速比設定值大，則在線型角固定的狀態下，可把當前脈衝寬度調製信號的佔空係數進行變化，作為預期希望轉速的佔空係數輸出，此為第二過程；上述第一過程的比較結果，假若當前的電機轉速比設定值小，那麼在固定當前脈衝寬度調製信號的佔空係數的狀態下，把線型角進行變化，作為預期希望轉速的佔空係數輸出，此為第三過程。本發明不必增加其它附加電源及與相部開關相連的其它附加轉換所需的驅動電路，節約了費用；並通過調解開關元件的導通時間，控制電機的廣域的平穩運轉。
文檔編號H02P6/08GK1412935SQ0113636
公開日2003年4月23日 申請日期2001年10月12日 優先權日2001年10月12日
發明者鄭潤澈 申請人:樂金電子(天津)電器有限公司