電機控制裝置和方法及空調系統的製作方法
2023-12-04 21:11:21 1
電機控制裝置和方法及空調系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種電機控制裝置及控制方法，所述控制方法包括以下步驟：分別檢測第一電機和第二電機的轉子位置並分別生成第一檢測信號和第二檢測信號；根據第一檢測信號和第二檢測信號分別計算第一電機的第一轉子位置編號和第二電機的第二轉子位置編號，並對第一轉子位置編號和第二轉子位置編號進行比較，並根據比較結果生成控制信號；根據控制信號分別對第一電機和第二電機進行控制。本發明的電機控制裝置和控制方法通過一個控制器模塊控制兩電機同步運行，可以降低成本，提高電機的運行平穩性，降低電機的噪聲。本發明還公開一種具有該電機控制裝置的空調系統。
【專利說明】電機控制裝置和方法及空調系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電機控制【技術領域】，特別涉及一種電機控制裝置和方法以及一種具有 該電機控制裝置的空調系統。
【背景技術】
[0002] 人們熟知，無刷直流電機的運行是通過逆變器功率器件隨轉子的不同位置相應改 變其不同觸發組合狀態來實現的。其中，無刷直流電機的驅動控制系統主要包括微處理器、 轉子位置檢測電路、電流檢測電路、IPM (Intelligent Power Module，智能功率模塊）以及 驅動單元、驅動及控制電源等部件組成。微處理器根據轉子的不同位置改變功率器件不同 觸發組合狀態，對電機實施不同的控制算法，是系統控制的關鍵部件。
[0003] 目前，對於雙電機或多電機控制系統，首先是對電機的轉子位置進行檢測。如圖 1所示，為現有的空調系統中雙無刷直流電機驅動系統的通常所採用的一種結構圖，其中， 雙電機系統可以共用一個微處理器，該微處理器包括兩個電機控制單元例如電機控制單元 (A)和電機控制單元（B)，但是每一個電機都需要一套獨立的轉子位置檢測電路、IPM模塊 等。並且，無刷直流電機的位置檢測通常採用HALL (霍爾）元件進行位置檢測，一般一個電 機採用2個或是3個HALL元件來檢測電機的轉子位置，這種檢測方法成本較低。對於3個 HALL元件的電機，對應於轉子一個極對數可以獲得6個轉子位置信號，因此這種位置檢測 方法的無刷直流電機通常採用方波驅動方案，方波驅動的無刷直流電機轉矩脈動較大，尤 其在低速運行時，電機的運行平穩性較差，同時電機的噪聲也較大，限制了電機的應用。
[0004] 隨著國家節能減排政策的推行，目前在很多應用領域可以由直流電機代替原來的 交流電機，以提高電機系統的效率。很多情況下一個系統需要用到多個電機，因此為了提高 系統的效率，同時應用兩個甚至更多直流電機的場合也越來越多，例如全直流變頻空調室 外機,壓縮機電機和室外風扇電機都採用無刷直流電機(或永磁同步電機),兩種電機的型 號不同，壓縮機電機的功率在1?3KW範圍，而室外風機電機的功率在100W以內。又如一 種空調室內雙貫流風機調速系統，室內風機採用了兩個型號相同的無刷直流電機，兩個電 機的負載基本相同，每個電機功率約40W。
[0005] 隨著技術的進步，對於無刷直流電機的控制出現了無編碼器、無 HALL元件的轉子 位置檢測方法，這種方法的基本原理是：通過檢測或計算電機的反電勢來估算電機轉子的 位置，即所謂的"反電勢位置檢測方案"。此方法可以包括兩種方案實現，第一種方案是直 接檢測反電勢，即通過專用的模擬信號電路來直接檢測反電勢，從而估算電機的轉子位置， 通過這種方案只能獲得粗略的轉子位置信息，配合低成本的單片機可以對電機實施方波驅 動，目前，家電類電機調速系統中很多採用這種低成本方案。另一種母線電流單電阻位置 檢測、兩相電流位置檢測等方案，此類方案本質上是一種間接反電勢檢測方案，即先通過對 電機相電流的檢測，推算出電機的反電勢，最後估算出電機的轉子位置，此方案採用性能 強大的高速單片機或DSP (Digital Signal Processor,數位訊號微處理器)，可以獲得精 細的轉子位置信息，應用永磁同步電機的矢量控制模型，可以對電機實施轉子FOC (Field Oriented Control，場定向控制）控制，獲得正弦波相電流，即所謂的"正弦波控制"。目前， 此方案在變頻空調壓縮機控制中常被採用，但要求高性能的單片機或DSP，成本較高。
[0006] 綜上所述，現有技術存在的缺點是，雙電機控制系統採用兩個電機控制單元的微 處理器，成本高。並且，方波驅動的無刷直流電機轉矩脈動較大，電機的運行平穩性較差，同 時電機的噪聲也較大。此外，採用無編碼器、無 HALL元件的轉子位置檢測方法，精確度低或 者成本高。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術問題之一。
[0008] 為此，本發明的一個目的在於提出一種電機控制裝置，該電機控制裝置可以降低 成本，提高電機的運行平穩性，降低電機的噪聲。
[0009] 本發明的另一個目的在於提出一種空調系統。
[0010] 本發明的再一個目的在於提出一種電機控制方法。
[0011] 為達到上述目的，本發明一方面實施例提出的一種電機控制裝置，包括：第一轉 子位置檢測模塊，所述第一轉子位置檢測模塊檢測第一電機的轉子位置並生成第一檢測信 號；第二轉子位置檢測模塊，所述第二轉子位置檢測模塊檢測第二電機的轉子位置並生成 第二檢測信號；控制器模塊，所述控制器模塊在微處理器內部，所述控制器模塊具有多個控 制輸出管腳，所述控制器模塊分別與所述第一轉子位置檢測模塊和第二轉子位置檢測模塊 相連，所述控制器模塊根據所述第一檢測信號和所述第二檢測信號分別計算所述第一電機 的第一轉子位置編號和所述第二電機的第二轉子位置編號，並對所述第一轉子位置編號和 所述第二轉子位置編號進行比較，以及根據比較結果生成控制信號；第一 IPM模塊，所述第 一 IPM模塊和所述多個控制輸出管腳相連，所述第一 IPM模塊根據所述控制信號對所述第 一電機進行控制；第二IPM模塊，所述第二IPM模塊和所述多個控制輸出管腳相連，所述第 二IPM模塊根據所述控制信號對所述第二電機進行控制。
[0012] 根據本發明實施例的電機控制裝置，控制器模塊根據第一轉子位置編號和第二電 機的第二轉子位置編號生成控制信號，並且第一電機和第二電機共用一個控制器模塊即採 用相同的控制信號，能夠保證兩個電機同步運行，並且與兩個電機單獨控制的效率基本相 同。此外，可以提高電機運行的平穩性，同時降低電機運行的噪聲，大大降低了成本。
[0013] 在本發明的一個實施例中，當所述第一轉子位置編號等於所述第二轉子位置編號 時，所述控制器模塊根據所述第一轉子位置編號或者所述第二轉子位置編號生成所述控制 信號；當所述第一轉子位置編號大於所述第二轉子位置編號且所述第一轉子位置編號與所 述第二轉子位置編號之間的差值為1時，所述控制器模塊根據所述第二轉子位置編號生成 所述控制信號；當所述第一轉子位置編號小於所述第二轉子位置編號且所述第一轉子位置 編號與所述第二轉子位置編號之間的差值為1時，所述控制器模塊根據所述第一轉子位置 編號生成所述控制信號。
[0014] 在本發明的另一個實施例中，當所述第一轉子位置編號和所述第二轉子位置編號 之間的差值大於1時，所述控制器模塊判斷所述第一電機和/或所述第二電機發生故障。
[0015] 在本發明的另一個實施例中，所述第一轉子位置編號和所述第二轉子位置編號與 所述第一轉子位置檢測模塊和所述第二轉子位置檢測模塊的邏輯信號及所述第一電機和 所述第二電機的繞組的通電狀態-對應。
[0016] 進一步地，所述IPM模塊包括：驅動單元，所述驅動單元與所述多個控制輸出管腳 相連，用於根據所述控制信號生成驅動信號；驅動橋，所述驅動橋包括6個IGBT和3個輸出 端，每個IGBT與所述驅動單元相連，所述3個輸出端分別與對應的電機的三相定子繞組相 連，所述每個IGBT在所述驅動信號控制下導通或關斷。
[0017] 在本發明的一個實施例中，所述控制信號為PWM信號。
[0018] 在本發明的一個實施例中，所述轉子位置檢測模塊包括3個霍爾元件。
[0019] 在本發明的實施例中，所述第一電機和第二電機可以為直流無刷電機。
[0020] 在本發明的一個實施例中，所述第一電機和第二電機的三相定子繞組採用星形連 接。
[0021] 為達到上述目的，本發明第二方面實施例還提出一種空調系統，包括上述的電機 控制裝置。
[0022] 根據本發明實施例的空調系統，通過採用上述使用同一控制信號對雙電機進行控 制的電機控制裝置，保證空調運行良好，降低了成本。
[0023] 為達到上述目的，本發明的再一方面實施例提出一種電機控制方法，包括以下步 驟：分別檢測第一電機和第二電機的轉子位置並分別生成第一檢測信號和第二檢測信號； 根據所述第一檢測信號和所述第二檢測信號分別計算所述第一電機的第一轉子位置編號 和所述第二電機的第二轉子位置編號，並對所述第一轉子位置編號和所述第二轉子位置編 號進行比較，並根據比較結果生成控制信號；根據控制信號分別對所述第一電機和所述第 二電機進行控制。
[0024] 根據本發明實施例的電機控制方法，根據轉子位置編號生成控制信號，並且第一 電機和第二電機接收同一路控制信號，可以控制第一電機和第二電機同步運行。另外，可以 減小電機的轉矩脈動、提高電機的運行平穩性，降低電機的噪聲。本發明實施例的電機控制 方法實現成本低。
[0025] 在本發明的一個實施例中，當所述第一轉子位置編號等於所述第二轉子位置編號 時，根據所述第一轉子位置編號或者所述第二轉子位置編號生成所述控制信號；當所述第 一轉子位置編號大於所述第二轉子位置編號且所述第一轉子位置編號與所述第二轉子位 置編號之間的差值為1時，根據所述第二轉子位置編號生成所述控制信號；當所述第一轉 子位置編號小於所述第二轉子位置編號且所述第一轉子位置編號與所述第二轉子位置編 號之間的差值為1時，根據所述第一轉子位置編號生成所述控制信號。
[0026] 另外，在本發明的一個實施例中，當所述第一轉子位置編號和所述第二轉子位置 編號之間的差值大於1時，判斷所述第一電機和/或所述第二電機發生故障。
[0027] 在本發明的一個實施例中，所述第一電機和所述第二電機的相繞組的滿足以下電 壓方程式：
[0028]
【權利要求】
1. 一種電機控制裝置，其特徵在於，包括： 第一轉子位置檢測模塊，所述第一轉子位置檢測模塊檢測第一電機的轉子位置並生成 第一檢測信號； 第二轉子位置檢測模塊，所述第二轉子位置檢測模塊檢測第二電機的轉子位置並生成 第二檢測信號； 控制器模塊，所述控制器模塊在微處理器內部，所述控制器模塊具有多個控制輸出管 腳，所述控制器模塊分別與所述第一轉子位置檢測模塊和第二轉子位置檢測模塊相連，所 述控制器模塊根據所述第一檢測信號和所述第二檢測信號分別計算所述第一電機的第一 轉子位置編號和所述第二電機的第二轉子位置編號，並對所述第一轉子位置編號和所述第 二轉子位置編號進行比較，以及根據比較結果生成控制信號； 第一 IPM模塊，所述第一 IPM模塊和所述多個控制輸出管腳相連，所述第一 IPM模塊根 據所述控制信號對所述第一電機進行控制；以及 第二IPM模塊，所述第二IPM模塊和所述多個控制輸出管腳相連，所述第二IPM模塊根 據所述控制信號對所述第二電機進行控制。
2. 如權利要求1所述的電機控制裝置，其特徵在於， 當所述第一轉子位置編號等於所述第二轉子位置編號時，所述控制器模塊根據所述第 一轉子位置編號或者所述第二轉子位置編號生成所述控制信號； 當所述第一轉子位置編號大於所述第二轉子位置編號且所述第一轉子位置編號與所 述第二轉子位置編號之間的差值為1時，所述控制器模塊根據所述第二轉子位置編號生成 所述控制信號； 當所述第一轉子位置編號小於所述第二轉子位置編號且所述第一轉子位置編號與所 述第二轉子位置編號之間的差值為1時，所述控制器模塊根據所述第一轉子位置編號生成 所述控制信號。
3. 如權利要求2所述的電機控制裝置，其特徵在於，當所述第一轉子位置編號和所述 第二轉子位置編號之間的差值大於1時，所述控制器模塊判斷所述第一電機和/或所述第 二電機發生故障。
4. 如權利要求1所述的電機控制裝置，其特徵在於，所述第一轉子位置編號和所述第 二轉子位置編號與所述第一轉子位置檢測模塊和所述第二轉子位置檢測模塊的邏輯信號 及所述第一電機和所述第二電機的繞組的通電狀態一一對應。
5. 如權利要求1所述的電機控制裝置，其特徵在於，所述IPM模塊進一步包括： 驅動單元，所述驅動單元與所述多個控制輸出管腳相連，用於根據所述控制信號生成 驅動信號； 驅動橋，所述驅動橋包括6個IGBT和3個輸出端，每個IGBT與所述驅動單元相連，所 述3個輸出端分別與對應的電機的三相定子繞組相連，所述每個IGBT在所述驅動信號控制 下導通或關斷。
6. 如權利要求1所述的電機控制裝置，其特徵在於，所述控制信號為PWM信號。
7. 如權利要求1所述的電機控制裝置，其特徵在於，所述轉子位置檢測模塊包括3個霍 爾元件。
8. 如權利要求1所述的電機控制裝置，其特徵在於，所述第一電機和第二電機為直流 無刷電機。
9. 如權利要求8所述的電機控制裝置，其特徵在於，所述第一電機和第二電機的三相 定子繞組採用星形連接。
10. -種空調系統，其特徵在於，包括如權利要求1-9任一項所述的電機控制裝置。
11. 一種電機控制方法，其特徵在於，包括以下步驟： 分別檢測第一電機和第二電機的轉子位置並分別生成第一檢測信號和第二檢測信 號； 根據所述第一檢測信號和所述第二檢測信號分別計算所述第一電機的第一轉子位置 編號和所述第二電機的第二轉子位置編號，並對所述第一轉子位置編號和所述第二轉子位 置編號進行比較，並根據比較結果生成控制信號；以及 根據控制信號分別對所述第一電機和所述第二電機進行控制。
12. 如權利要求11所述的電機控制方法，其特徵在於， 當所述第一轉子位置編號等於所述第二轉子位置編號時，根據所述第一轉子位置編號 或者所述第二轉子位置編號生成所述控制信號； 當所述第一轉子位置編號大於所述第二轉子位置編號且所述第一轉子位置編號與所 述第二轉子位置編號之間的差值為1時，根據所述第二轉子位置編號生成所述控制信號； 當所述第一轉子位置編號小於所述第二轉子位置編號且所述第一轉子位置編號與所 述第二轉子位置編號之間的差值為1時，根據所述第一轉子位置編號生成所述控制信號。
13. 如權利要求11所述的電機控制方法，其特徵在於，當所述第一轉子位置編號和所 述第二轉子位置編號之間的差值大於1時，判斷所述第一電機和/或所述第二電機發生故 障。
14. 如權利要求11所述的電機控制方法，其特徵在於，所述第一電機和所述第二電機 的相繞組滿足以下電壓方程式： (Ra+pLu PMm,風,"丫4]卜、 、V = PM,a> Ra PMm. K + ev ^ pMwu pMm. Ra+pLw){iwj 其中，Vu、Vv、Vw為相繞組上的端電壓，Ra為繞組的等效電阻，Lu、Lv、Lw分別為三相繞 組的等效自感，Muv、Mvw、Mwu分別為三相繞組的等效互感，iu、iv、iw分別為三相繞組電流， eu、ev、ew分別為三相繞組中的等效反電勢。
15. 如權利要求14所述的電機控制方法，其特徵在於，按照以下公式計算所述第一電 機和所述第二電機的電磁轉矩： Τ = Ρη{φα?ν +{Ld-Lq)diq}=Pn^>J a c〇s^ + ^(z? -Zrf)；sin2^| 其中，T表示電機產生的電磁轉矩，Pn為電機的極對數，id、iq、ia分別為直軸電流、交 軸電流及定子電流合成矢量，Ld、Lq為電機的直軸電感和交軸電感，Φ a為電樞交鏈磁通矢 量，β為定子電流合成矢量ia的相位角。
【文檔編號】H02P21/00GK104283473SQ201310275541
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月2日 優先權日:2013年7月2日
【發明者】童懷, 黃直峰, 劉社旺, 吳海明 申請人:廣東美的製冷設備有限公司