啟動無傳感器馬達的系統和方法
2023-05-16 23:52:31 4
專利名稱：啟動無傳感器馬達的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種馬達驅動系統，尤其涉及一種啟動無傳感器馬達的馬達驅動系統，其中電動機轉子可以在馬達驅動系統啟動之前轉動。
背景技術：
許多馬達驅動系統和馬達，如永磁同步馬達(PMSM)，使用無傳感器控制技術來降低成本並提高可靠性。這些馬達驅動系統和馬達是不需要傳感器的，這是因為他們不包括測量從馬達和/或傳感器的反饋電壓來探測電動機轉子的位置。相反，轉子位置是基於對馬達線圈電流的估計來確定的。
特別地，由於外荷載，馬達的轉子可以在馬達驅動逆變器啟動之前轉動(正向或反向)。例如，如果無傳感器馬達驅動系統和馬達是應用於室外風扇提供(例如空調單元)，風力可能施加到風扇上從而馬達轉子在逆變器啟動之前旋轉。眾所周知，一旦馬達旋轉起來，馬達就會產生一個反電動勢(Back EMF)。因為馬達驅動系統和馬達是無傳感器的，所以這個反電動勢的相位和幅值在啟動逆變器之前不被馬達驅動系統知道。結果，當逆變器啟動時，逆變器輸出電壓的幅相一般與馬達反電動勢不同步。問題就出在，如果馬達以足夠高的速度旋轉時產生較大的反電動勢，這種不匹，導致了一個較大的馬達電流，從而會造成逆變器因過流停機。
另外的一個問題就是在逆變器啟動之前馬達逆向旋轉。在這種情況下，無傳感器(如沒有電壓或霍爾傳感器，只有電流傳感器)的馬達驅動系統必須控制從逆向到正向的馬達速度，當逆變器不產生正反饋輸出功率並且轉子以高速旋轉時，這種控制是比較困難的。
因此，需要提供一種理想的利用無傳感器控制技術的馬達驅動系統，其能夠在馬達驅動逆變器啟動前馬達有可能正轉或反轉時強有力地啟動馬達。
發明內容
根據本發明的實施例，驅動無傳感器馬達的馬達驅動系統包括一種控制器和一個逆變器，控制器包括一個捕捉啟動序列發生器，其用於控制馬達驅動系統在馬達轉子因為外部扭力而已經轉動時有力地啟動馬達。特別地，根據本發明的實施例，在逆變器的初始通電的條件下，捕捉啟動序列發生器假定馬達轉子已經在旋轉，並促使馬達驅動系統跟蹤轉子位置並執行零電流調整，使得逆變器輸出電壓的相位及幅值與馬達反電動勢的相位及幅值相匹配。結果是，在逆變器的初始啟動時防止了大的馬達電流，從而防止逆變器因過電流停機。
接著，捕捉啟動序列發生器估計一個馬達速度。根據本發明的一個實施例，這個估計是基於轉子通量的幅值確定的。假設確定了一個接近於零的轉子速度(即馬達不旋轉或者正向或反向的旋轉速度很低)，捕捉啟動序列發生器促使逆變器在馬達上施加一個正向旋轉電流向量確保轉子正向旋轉，一旦轉子達到一個門限速度，其設置馬達驅動系統使馬達速度達到額定點，然後設定正常的操作。
相反，如果捕捉啟動序列發生器確定轉子正以一個明顯的速度旋轉，那麼捕捉啟動序列發生器接著確定轉子的旋轉方向。如果捕捉啟動序列發生器確定轉子正向旋轉，然後其完成設置馬達驅動系統使馬達速度達到額定點的操作，然後設定正常操作。
如果捕捉啟動序列發生器探測到轉子反向旋轉，捕捉啟動序列發生器接著開始降低或儘可能停止馬達反向旋轉。特別地，根據本發明的實施例，捕捉啟動序列發生器促使逆變器將零電壓向量施加到馬達上，零電壓向量使馬達相繞組短路，從而具有降低馬達旋轉的作用，並可能使轉子停止轉動。
根據本發明的另一實施例，捕捉啟動序列發生器促使馬達驅動系統從零電壓向量模式向開路模式切換，促使逆變器在馬達上施加一個正向轉動電流向量，企圖促使馬達慢慢停止(假使轉子仍以反向旋轉)，然後啟動正向旋轉。值得注意的是，轉子的旋轉及正向轉動電流向量初始時是相反的，這是因為施加在轉子上的外部扭力。根據本發明的另一實施例，捕捉啟動序列發生器促使施加正向轉動電流以使向量的初始位置與轉子磁體的位置並排或在轉子磁體位置後。這個位置的好處在於它使得正向旋轉電流向量在轉子上產生一個扭矩，該扭矩總是與外部扭力相反。根據本發明的一個實施例，如上所述，當逆變器對馬達施加一個零電壓向量時，轉子磁體的位置(為了獲取正向旋轉電流向量的初始位置)基於馬達電流的定相來確定。
根據本發明的一個實施例，一旦正向旋轉電流向量施加到馬達上，馬達扭矩將隨著轉子角從旋轉電流向量離開的角度增加而增加。逐漸生成的扭矩最終克服外部反向扭力，使得馬達停止，反轉方向，然後與電流向量同步正向旋轉。然後，馬達的速度將隨著電流向量的增大而增加。
根據本發明的一個實施例，捕捉啟動序列發生器繼續施加開路正向旋轉電流向量，一直到轉子的正向速度超出門限值為止。接下來，捕捉啟動序列發生器使馬達驅動系統切換到閉路控制，並完成設置馬達驅動系統使馬達速度達到一個額定點的操作，然後設定一個正常運行操作。
本發明的其它特徵和優勢結合附圖從下面對本發明的描述將很明顯地看出來。
圖1顯示根據本發明的馬達驅動系統的功能框圖，其中馬達驅動系統包括捕捉啟動序列發生器用來控制馬達驅動系統來啟動轉子在馬達系統啟動之前就已經轉動的馬達；圖2顯示了根據本發明一個實施例的圖1中的捕捉啟動序發生器初始啟動馬達的進程；圖3顯示了根據本發明實施例的轉子通量幅值與轉子速度之間關係的同線圖；圖4A和圖4B顯示了根據本發明實施例對具有反向旋轉轉子的馬達施加一個正向旋轉電流向量的理想初始位置，其中正向旋轉電流向量用於反轉轉子旋轉的方向；圖4C顯示了圖4A和圖4B的正向旋轉電流向量的理想初始位置；圖2顯示了當馬達相繞組短路時馬達轉子和馬達電流向量之間的位置關係，以及位置關係與相位角θ移動的函數關係。
圖6A顯示根據本發明實施例，圖5的短路電流向量和轉子速度之間的關係曲線圖；圖6B顯示了根據本發明實施例，圖5的相位角移動和轉子速度之間的關係曲線圖；圖7A顯示了根據本發明實施例，在圖2顯示的不同的進程階段轉子速度變化的圖示；圖7B顯示了根據本發明實施例，對應於圖7A的每個階段的馬達U-相位電流的變化實例；圖7C顯示了根據本發明實施例，對應於圖7A的每個階段的估計轉子角的變化實例。
具體實方式參照圖1，其顯示了本發明實施例中，驅動無傳感器馬達102，如三相永磁同步馬達(PMSM)的馬達驅動系統200。馬達驅動系統100包括逆變器104，如三相逆變器，其產生驅動馬達102的功率信號；控制器110，利用逆變器104的切換產生馬達功率信號。控制器110包括控制輸入112，接收馬達速度指令；向量旋轉模塊114；脈衝寬度調製模塊116；轉子通量估計模塊124；以及d-q電流調整器119，其用作逆變器104和控制輸入112之間電流反饋迴路。如圖顯示，d-q電流調整器119包括反饋線118，其與逆變器104相連，用於獲得馬達102的三相馬達電流的表達；電流處理模塊120，其與反饋線118相接，用於將三相馬達電流轉換成等效的兩相值；向量解調模塊122，其與電流處理模塊相接，用於將等效兩相值退耦形成兩個直流(DC)電流分量iq(表示扭矩)和id(表示通量)。如圖顯示，基於向量旋轉模塊114的輸出和電流處理模塊120的輸出，轉子通量估計模塊124估計馬達102的轉子通量，然後如利用鎖相環(PLL)來估計轉子相位角及轉子速度/頻率，將轉子相位角提供給向量旋轉模塊114並向量解調模塊122。
根據本發明的實施例，向量旋轉模塊114，脈衝寬度調製模塊116，轉子通量估計模塊124，電流處理模塊120以及向量解調模塊122可以作為固件來實現。但是，對於業內人士來說將會認識到，這些模塊中的一個或幾個可能以其它的方法實現，例如包括硬體和/或在數位訊號處理器(DSP)執行的軟體。業內人士也可以認識到每個模塊的功能也可以用幾個模塊來實現，如固件、硬體和/或軟體。
總的來說，向量旋轉模塊114，脈衝寬度調製模塊116，轉子通量估計模塊124，d-q電流調整器119，以及逆變器104可以作為驅動馬達102的標準無傳感器馬達驅動系統組件。特別是，基於來自轉子通量估計模塊124的轉子角信息，在控制輸入112的理想轉子速度信息以及來自d-q電流調整器119的電流反饋，向量旋轉模塊114產生兩個指令電壓V_Alp和V_Beta(正弦波形式)，其被發送到脈衝寬度調製模塊116。脈衝寬度調製模塊116的輸出端與逆變器104的每個開關控制極相接。基於電壓V_Alp和V_Beta指令，脈衝寬度調製模塊116生成脈衝寬度調製指令信號，其合適地調度逆變器開關控制極的開啟與關閉，設置逆變器104來驅動馬達102達到控制輸入112指定的理想速度。
進一步如圖1所示，根據本發明的實施例，控制器110還包括捕捉啟動序列發生器126。與其它的控制器110模塊類似，這個模塊也可以作為固件來實現，也可以作為硬體或軟體來實現。業內人士也將會認識到捕捉啟動序列發生器126的功能可以分作幾個模塊來實現，每個都可以以固件、硬體和/或軟體來實現。
根據本發明實施例，基於來自電流處理模塊120的電流值以及來自轉子通量估計模塊124的轉子速度和轉子通量值/幅值估計，捕捉啟動序列發生器126控制馬達102的初始啟動。具體地說，根據本發明的實施例，當逆變器104被初始通電供給馬達102時，捕捉啟動序列發生器126設置馬達驅動系統100在馬達轉子已經旋轉的情況下強有力地啟動馬達，馬達轉子已經旋轉的情況如類似風的外部荷載施加到轉子使轉子旋轉。特別地，下面進一步描述，捕捉啟動序列發生器促使控制器110/逆變器104初始發現並跟蹤轉子位置，然後其於轉子旋轉的速度的方向，使控制器110/逆變器104確保馬達102的強有力地啟動。
具體如圖2所示的本發明實施例，捕捉啟動序列發生器126執行的啟動馬達102的處理步驟。從步驟202開始，如逆變器104被初始通電，捕捉啟動序列發生器126假定馬達轉子已經在旋轉，並設定控制器以防止逆變器因過電流停機。特別地，捕捉啟動序列發生器126初始設定控制輸入112以使馬達電流通過零電流調整器調節回零。很明顯，因為零電流調整器以及跟蹤轉子通量估計模塊124所估計的轉子相位角，向量旋轉模塊114很快生成匹配反電動勢的指令電壓V_Alp和V_Beta。結果，逆變器輸出電壓的相位和幅值與馬達反電動勢的相位和幅值相匹配，從而防止了在逆變器初始啟動時大的馬達電流，從而防止逆變器因過電流而停機。
如步驟204顯示，在開始步驟206之前，零電流調整連續進行一個固定的時間，這是可以設置的。特別地，逆變器輸出電壓大概需要50毫秒來匹配馬達反電動勢。但是，為了確保逆變器和馬達達到這個狀態，零電流調整的時間可以設定為200毫秒左右。
在步驟206中，捕捉啟動序列發生器126接著確定馬達轉子是否在旋轉，如果是，確定這個旋轉速度的相對量。總的來說，當馬達反電動勢較小的時候(如＜1％)，也就是說馬達以低速旋轉，計算轉子速度的方法並不是固定的。例如在本發明的一個實施例中，捕捉啟動序列發生器126使用轉子通量值作為估計轉子速度的方法。
特別地，根據本發明的一個實施例，轉子通量估計模塊124包括一個或多個非理想積分器，用來計算轉子通量值(Volts/Hz)。很明顯，由這些積分器計算出的通量值可以用於間接估計/提取有關轉子速度的信息。例如，參照圖3顯示的由非理想積分器計算出的與轉子速度/頻率的關係圖。注意在圖3的等式中給出了通量值與頻率的函數關係。如曲線圖所示，當轉子速度較高時，通量值是確定的並恆定的，隨著轉子速度的降低而逐漸減小(非理想積分器的角頻率截止點)。因此，在執行零電流調整後，通過觀察轉子通量值就可以大致確定轉子速度相對值。
根據本發明的另一個實施例，在步驟206中捕捉啟動序列發生器126從轉子通量估計模塊124輸出的轉子通量值，並將這些值與門限值比較，捕捉啟動序列發生器126推斷轉子的速度接近零(如轉子不旋轉或者轉子正向或反向以較低的速度旋轉)。在這種情況下，捕捉啟動序列發生器設置控制器110停止零電流調整，並進行步驟216，設置控制器和逆變器執行如下所述的正常零速度啟動。然而，如果捕捉啟動序列發生器126確定轉子的速度大於門限值(如＞1％)，捕捉啟動序列發生器推斷轉子以一個明顯的速度轉動，然後執行一個啟動時序。如下所述，捕捉啟動時序因轉子是正向(正旋轉頻率)還是反向(負旋轉頻率)旋轉而不同。
下面進行步驟208，捕捉啟動序列發生器126接著確定馬達的旋轉方向。具體如上所述，轉子通量估計模塊126能夠確定轉子的頻率/速度。這個頻率/速度被提供到捕捉啟動序列發生器126，捕捉啟動序列發生器126基於該頻率是正還是負來確定轉子轉動方向。如果探測為正向旋轉，電流調整器119為跟蹤狀態，馬達驅動系統100準備生成馬達扭矩。捕捉啟動序列發生器126相應地設置控制器110使零電流調整停止，進行步驟220。這裡，捕捉啟動序列發生器126通過啟動速度調整器完成操作，速度調整器接管並在輸入端112生成合適的速度調整的速度/電流指令。最後，馬達驅動系統100繼續正常操作，不間斷地運行，使馬達102的速度達到額定點。
但是，如果捕捉啟動序列發生器126在步驟208中探測到負的或反向的轉子旋轉，捕捉啟動序列發生器126接著進行步驟210並降低且儘可能地停止反向轉子旋轉。具體根據本發明一實施例，在步驟210中捕捉啟動序列發生器126使逆變器104通過在每個逆境變器的功率級中的每個低端開關打開給馬達施加一個零電壓向量(如零逆變器輸出電壓)。零電壓向量可以降低轉子旋轉速度的作用，這是因為馬達終端(如相繞組)在逆變器這形成了短路。結果，轉子降低到一個較低的速度。很明顯，如果沒有或微不足道的外部扭矩施加到轉子上使轉子反向旋轉，轉子速度將回零(如轉子停止轉動)。然而，如果存在一個明顯的外部扭矩時，轉子將反向繼續旋轉，但當前以較低的速度旋轉。對於業內人士來說可以認識到通過使每個逆變器104的功率級中的每個高端開關打開也可以達到同樣的效果。
如步驟212所示，為了有足夠的時間來降低馬達的速度或制動馬達，零電壓向量模式持續一個固定的時間，這是可以設定的。接下來根據本發明的一個實施例，捕捉啟動序列器126進行步驟216，並使馬達驅動系統100從零電壓向量模式切換到開路模式，開路模式中，電流被充分地控制，由扭矩電流反饋確定的預定範圍使θ角增大(θ角＝速度的積分，速度為扭矩電流與盈餘的乘積)，並設置控制器110以使逆變器104施加給馬達一個正向旋轉電流向量。如果轉子仍在反向旋轉，這個開環正向旋轉電流向量就是使得轉子慢慢停止，然後轉子開始正向旋轉。
注意的是，當施加一個正向旋轉電流向量時，轉子的反向旋轉及向量由於外部荷載扭矩最初相互對抗。這樣根據本發明的一個實施例，選擇正向旋轉電流向量的初始位置以使其與轉子磁體並排或位於轉子磁體之後。這個位置的好處就在於其造成正向旋轉電流向量在轉子上產生一個扭矩，這個扭矩總是與外部扭力反向，從而使得轉子速度降低。例如，圖4A顯示了與轉子磁體相位角並排的正向旋轉電流向量初始相位角。相對這個初始定相，生成的馬達扭矩總是從零開始，並與施加在轉子使轉子反向旋轉的外部荷載扭矩相反。類似地，圖4B顯示了在轉子磁體相位角後的正向旋轉電流向量初始相位角。同樣，這個初始定相也產生一個相反的扭矩。相反，參照圖4C，顯示了在轉子磁體相位角前的正向旋轉電流向量初始相位角。這個定相將使得轉子在反向上加速，是不理想的。因此先於施加正向旋轉電流向量確定轉子磁體位置(如相位角)以使該向量初始置於與轉子磁體並列或在轉子磁體後是可行的。
如果轉子以低速旋轉，因為反電動勢較小，所以確定轉子磁體相位比較困難。根據本發明的一個實施例，在步驟214中，捕捉啟動序列發生器126監視零電壓向量模式生成的短路馬達電流，並基於馬達電流定相，推斷出轉子磁體相位角。具體參照圖5，顯示了轉子磁位角/位置與零電壓向量模式倒致的短路馬達電流向量之間的關係。如圖5顯示，轉子角從短路電流向量位移90再加一個相位角(即角θ)。應當注意低轉子速度(如＜4％)，q軸電流(iq)表示總電流，轉子角從短路電流向量算接近90°。類似，當轉子速度增加時，d軸電流(id)開始增加，使θ角增加。圖6A和圖6B顯示了短路電流向量(id和iq)與轉子速度之間的關係，其中圖6A顯示了短路電流向量在轉子速度增加時的變化，圖6B顯示了轉子速度增加時θ角的增加情況。
我們可以看出，通過確定短路電流向量的相位，然後確定θ值，捕捉啟動序列發生器126可以推斷出轉子磁體相位角。具體地，根據本發明的實施例，在步驟214，當短路電流向量經過β和α軸時，捕捉啟動序列發生器首先確定/測量短路電流向量的相位，例如β和α軸是靜態參考坐檔，α軸與「U」形相位馬達線圈平行。然後，捕捉啟動序列發生器確定一個θ值，估計一個轉子角作為短路電流向量相位和θ的函數。總之，捕捉啟動序列發生器126可以以幾種方法來確定θ。特別是，根據本發明的一個實施例，θ和轉子速度的關係(如圖6)可以脫機測量，作為一個圖表存儲在控制器110的處理單元/存儲器。如果捕捉啟動序列發生器126具有轉子的速度，模塊可以訪問該圖表來確定θ。根據本發明的另一個實施例，捕捉啟動序列發生器126可以從所測的短路電流向量計算出向量分量id和iq，然後根據id和iq計算θ。例如，id和iq可以根據下面等式(1)估計出，iq＝-We*Flxm/(R+We*We*Ld*Lq/R)id＝We*Lq*iq/R其中，We為頻率，Flxm為磁通量連鎖，Ld和Lq為馬達d-q感應係數，以及R為馬達定子電阻。
特別地，在許多情況下，零電壓向量模式將明顯降低馬達速度。這樣根據本發明的另一實施例，除了捕捉啟動序列發生器126計算θ值，其可以將θ值估計為較小的恆定相位角移動。該相位角移動是可以設置的。總之，較小恆定相位角移動達到如圖4A和圖4B顯示的接近最佳相位，並避免了圖4C中顯示的不理想情況。
參照圖2，一旦捕捉啟動序列發生器126確定如上所述的轉子磁體角，該模塊進行步驟216，其中，如上所示，該模塊使馬達驅動系統100從零電壓向量模式切換到開路模式，並設置控制器110以使逆變器104施加一個正向旋轉電流向量。還是，從零電壓向量模式到應用開路正向旋轉電流向量的切換情況是其於推斷轉子角，以使正向旋轉電流向量的初始位置與轉子並排或在轉子後面。
一旦施加了正向旋轉電流向量，當轉子角從正向旋轉電流向量離開時，馬達扭矩將從零開始增加(如果向量初始與轉子並排)。如果施加足夠的馬達電流值，形成的扭矩將最終克服外部反轉扭矩。接著，轉子將停止轉動，反轉方向，然後與電流向量同步正向旋轉。轉子速度隨電流向量增加而增加。
如步驟218顯示，一直施加開路正向旋轉電流向量，直到轉子的正向頻率/速度超出了門限值(即初始速度)為止，其中門限值可以設置的，例如設置為馬達額定速度的10％。接著，捕捉啟動序列發生器進行步驟220，其中該模塊使馬達驅動系統100切換到閉路控制進行最佳扭矩每安培操作。特別地，捕捉啟始序列發生器126啟動速度調整器完成操作，速度調整器接管並在輸入端112生成用於速度調整的適合速度/電流指令。從而使閉路正向旋轉電流向量施加到馬達上。結果，馬達驅動系統100繼續正常操作，不間斷運行，使馬達102的速度達到額定點。
注意在如上所述的步驟206中，如果捕捉啟動序列發生器確定轉子不旋轉或以低速正向或反向旋轉，捕捉啟動序列發生器直接進行步驟216。在這種情況下，捕捉啟動序列發生器將馬達驅動系統100設置成開路模式，並使逆變器104施加一個正向旋轉電流向量，如上所述。這裡，正向旋轉電流向量相對於轉子位置的初始相位小於某一額定轉子旋轉速率。接下來的操作如上所述進行。
參照圖7A，顯示了根據本發明一個實施例用於啟動因外部扭力轉子初始以反向旋轉的馬達的操作時序例子。如階段302所示，捕捉啟動序列發生器226初始將馬達驅動系統100置於零電流調整模式，從而使逆變器輸出電壓的相位和幅值與馬達反電動勢的相位和幅值相匹配，從而防止在逆變器初始啟動時產生大的馬達電流。接著，根據轉子以明顯的速度反向旋轉的確定，捕捉啟動序列發生器將馬達驅動系統100置於零電壓向量模式，從而使馬達的旋轉速率下降，如階段304所示。
接下來，捕捉啟動序列發生器確定轉子的位置(階段306)，然後將馬達驅動系統100置於開路模式，施加一個初始與轉子並排的正向電流向量。如階段308所示，正向電流向量促使轉子停止，反轉方向，並慢慢增加正向速度。最後，一旦轉子獲得某一旋轉速率，捕捉啟動序列發生器將馬達驅動系統100置於閉路向量控制模式，其中轉子達到並維持一個額定點速度，如階段310所示。
參照圖7B和7C，其顯示了在馬達U相位中電流的變化，以及對應於圖7A的每個階段的估計轉子角的變化實例雖然本發明在具體的實施例中描述了，但許多其它的變體或改進以及用途對於業內人士來說是明顯了。因此，本發明不局限於所舉的具體例子，只以權利要求的範圍為準。
權利要求
1.一種控制馬達驅動的方法，用來啟動具有轉子的無傳感器馬達，所述方法包括步驟確定轉子在正向旋轉還是反向旋轉；如果轉子以反向旋轉，使馬達相繞組短路，從而逐漸降低轉子反向旋轉；消除馬達相繞組的短路，並使開路正向旋轉電流向量施加到馬達上，從而使轉子正向旋轉達到一個初始速度；並且使閉路正向旋轉電流向量施加到馬達上，從而使轉子加速到一個額定速度。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括如果所述的確定步驟確定轉子以正向旋轉時使轉子加速到額定速度的步驟。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括先於所述確定轉子旋轉的步驟，估計轉子旋轉速度的步驟。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述的估計轉子旋轉速度的步驟包括步驟比較轉子通量值與門限值；以及基於轉子通量值大於或小於門限值來估計旋轉速度。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，如果估計了一個低的轉子速度，所述方法還包括步驟使轉子以正向旋轉達到一個初始速度；以及使轉子加速到額定速度；以及如果估計了一個高的轉子速度，執行所述的確定轉子旋轉方向的步驟。
6.根據權利要求1所述的方法，還包括在所述的確定轉子旋轉方向的步驟之前，當給馬達驅動初始通電時使馬達電流回零的步驟。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述的使馬達電流回零的步驟還包括初始跟蹤轉子位置的步驟。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括在所述的確定車子旋轉方向的步驟之前，當給馬達驅動初始通電時使馬達驅動的逆變器的輸出電壓與馬達的反電動勢匹配的步驟。
9.根據權利要求1所述的方法，其中使馬達相繞組短路的步驟包括使零電壓向量加到馬達驅動逆變器的步驟。
10.根據權利要求1所述的方法，其中使開路正向旋轉電流向量加到馬達的步驟促使轉子正向旋轉之前停止旋轉。
11.根據權利要求1所述的方法，其中使開路正向旋轉電流向量加到馬達的步驟包括使正向旋轉電流初始具有大體與轉子位置並排或在轉子位置之後的步驟。
12.根據權利要求1所述的方法，還包括先於所述的使開路正向旋轉電流向量加到馬達的步驟，確定轉子磁體角度的步驟；其中，使開路正向旋轉電流向量加到馬達的步驟包括基於所確定的轉子角初始定位正向旋轉電流向量的步驟。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述角度確定步驟包括步驟確定短路馬達電流向量相位並使馬達相繞組短路；以及將相位角移位加到短路馬達電流向量的相位獲得轉子磁體角。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，相位角移位為一個預設常數。
15.根據權利要求13所述的方法，其中，相位角移位從按轉子速度索引值的圖表中確定。
16.根據權利要求1所述的方法，其中馬達為永磁同步馬達。
17.一種捕捉啟動序列發生器，用於控制啟動具有轉子的無傳感器馬達的馬達驅動器，該馬達驅動器包括一個逆變器，用於驅動馬達；一個脈衝寬度調製模塊，用於控制逆變器；一個向量旋轉模塊，用於控制脈衝寬度調製模塊；一個電流調整器，用作逆變器和向量旋轉模塊之間的反饋迴路；以及一個轉子通量估計模塊，用於估計轉子通量。所述捕捉啟動序列發生器包括一個或多個接口，用於連接電流調整器和轉子通量估計模塊，其中所述捕捉啟動序列發生器用來確定轉子正向或反向旋轉；如果轉子反向旋轉，使馬達相繞組短路以降低轉子的反向旋轉；消除馬達相繞組的短路，使開路正向旋轉電流向量施加到馬達以使轉子正向旋轉達到一個初始速度；以及使閉路正向旋轉電流向量施加到馬達上以使轉子加速到一個額定速度。
18.根據權利要求17的捕捉啟動序列發生器，如果所述捕捉啟動序列發生器確定轉子在正向旋轉，其還用來使轉子速度達到一個額定速度。
19.根據權利要求17的捕捉啟動序列發生器，其中在確定轉子旋轉方向之前，所述捕捉啟動序列發生器基於轉子通量估計模塊提供的轉子通量值用來估計轉子旋轉速度。
20.根據權利要求19的捕捉啟動序列發生器，其中，如果所述捕捉啟動序列發生器估計了一個較低轉子速度，所述捕捉啟動序列發生器用來使轉子正向旋轉達到一個初始速度；使轉子加速到一個額定速度；其中，如果所述捕捉啟動序列發生器估計了一個較高的轉子速度，所述捕捉啟動序列發生器用來確定轉子旋轉方向。
21.根據權利要求17的捕捉啟動序列發生器，其中，在確定轉子旋轉方向之前，當馬達驅動器初始通電時，所述的捕捉啟動序列發生器用於來使逆變器的輸出電壓大體上與馬達的反電動勢匹配。
22.根據權利要求17的捕捉啟動序列發生器，其中，在使開路正向旋轉電流向量施加到馬達後，所述的捕捉啟動序列發生器還用來使正向旋轉電流向量初始具有與轉子位置大體平行或在轉子位置之後。
23.根據權利要求17的捕捉啟動序列發生器，其中，在使開路正向旋轉電流向量施加到馬達之前，所述的捕捉啟動序列發生器還用來確定轉子磁體角度；以及基於所確定的轉子磁體角確定正向旋轉電流向量的初始相位角。
24.根據權利要求23的捕捉啟動序列發生器，其中，為了確定轉子磁體角度，所述的捕捉啟動序列發生器還用來確定短路馬達電流向量的相位，同時使馬達相繞組短路；以及將相位角移位加到短路馬達電流向量的相位以獲得轉子磁體角度。
25.根據權利要求24的捕捉啟動序列發生器，其中，相位角移位為一個預設常數。
全文摘要
本發明涉及一種無傳感器馬達的馬達驅動系統，其包括一種捕捉啟動序列發生器，其控制控制馬達驅動系統在馬達轉子在啟動馬達驅動系統之間已經正向或反向旋轉時強有力地啟動馬達。特別地，捕捉啟動序列發生器使馬達驅動系統初始找到並跟蹤轉子位置，然後確定轉子旋轉的速度和可能的方向。如果轉子反向旋轉，捕捉啟動序列發生器控制馬達驅動系統來降低旋轉速度，然後啟動轉子正向旋轉。
文檔編號H02P27/06GK1913332SQ20061009092
公開日2007年2月14日 申請日期2006年7月3日 優先權日2005年7月1日
發明者何英賢 申請人:國際整流器公司