专利名称：一种pwm、s-pam、phase联动控制的电机驱动方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机驱动控制领域，更具体地说，涉及一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动方法、装置和系统。
背景技术：
直流变频空调的最大的优点是能够运行到高频率段而实现快速的制冷或制热效果，但从节能观点来看，空调机搭载的压缩机驱动用的永久磁铁同步电机也是年年在高效率化。永久磁铁同步电机的高效率化的方法是1.采用高性能磁铁增加磁束量；2.在线圈的缠绕方法上下功夫，提高狭缝占有率，使用粗的铜线，增加缠绕圈数；3.减少电感，提高电机电压利用率等等；这里面，前两个都是增大发电定量KE，即便是相同速度，也会发生大的诱起电压。 空调机器制冷运转时间长，减少制冷运转的损失对于机器的年消耗电量降低有很高效果。 并且制冷运转在中间速度区域，也不受电机电压的制约，使发电定量增大的趋向尤其变强， 作为此结果，制热的高速运转的控制变难。1.仅仅是PWM控制和电压相位(PHASE)控制的组合，受电电压低下时，PWM控制就会达到极限，通过弱磁场控制实现的电压位相控制为主体，此时励磁电流负向增加，变成 「极弱状态」，电机电流增加，导致损失加大。并且，大发电常数KE的电机的条件下，到达电压位相控制极限时，会不得不停止电机或者牺牲能力，降低速度。2.仅仅是PWM控制和PAM控制的组合，受电电压低下时，PWM控制就会达到极限， PFC (Power Factor Correction，功率因数校正)主回路的PAM电压控制为主体，结果是升压比变大，PFC主回路损失增加，导致效率减低。3.加上大发电常数KE的电机的条件下，要更加提高升压比，维持高直流电压，变频器主回路的损失也会增加，导致装置整体温度上升。为了抑制温度的上升，要修改散热设计，装置规模需要改为大型化。某些极端情况下，到达电压位相(PHASE)控制极限时，会不得不停止电机或者牺牲能力，降低速度。
发明内容
为了解决以上的技术问题，克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种PWM、 S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动方法、装置和系统。本发明公开了一种PWM、S-PAM, PHASE联动控制的电机驱动的方法，包括Si.在电机(也称为马达)低速运转下，负荷较小，PWM电压控制为主控制系统；S2.电机频率上升，负荷进一步增大，判断所述的PWM电压控制是否已经达到了极限；若是，则转到S3，若否，则转到Sl ；
S3. P丽与PHASE电压控制联动，这时的PHASE控制为浅弱状态；S4.电机频率继续上升，负荷继续增大，判断与PHASE联动控制设置的S-PAM控制开启条件是否达到；若是，则转到S5，若否，则转到S3 ；S5. S-PAM与PHASE联动控制，其中S-PAM为主控制系统，S-PAM自动提高升压比 Ed/Vs，提高Ed直流电压，减少PHASE控制时间，降低马达电流，提高效率。其中Ed是指直流电压，Vs是指电源电压的峰值；S6.电机频率继续上升，负荷继续增大，判断S-PAM控制提高直流电压Ed是否达到极限值Ed-Iimit ；若是，则转到S7，若否，则转到S5 ；S7.进入PHASE为主控制系统；S8.电机频率继续上升，负荷继续增大，判定PHASE控制达到电压饱和极限，进入深弱状态；若是，则转到S9，若否，则转到S7 ；S9.三种电压控制PWM、S-PAM、PHASE都同时达到了极限，负荷达到极限，频率保持。在本发明所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动的方法中，所述的PHASE 控制包括当变频器的输出电压幅值与电机感应电动势信号相近的时候，让变频器的输出电压与电机感应电动势错开一个相位，从而让电机在电压饱和状态仍然能够输出需要的力矩。本发明公开了一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动控制装置，用于实现上述的方法，包括运行单元，用于实现运行PWM控制、S-PAM、PHASE联动控制；PWM控制极限判断单元，与所述的运行单元相连，用于判断所述的PWM控制是否已经达到了极限；升压比调整单元，与所述的PWM控制极限判断单元以及S-PAM与PHASE联动控制设定的判断单元相连，用于所述的S-PAM控制将升压比a自动调整，达成高直流电压Ed的运行状态；其中，升压比a = Ed/Vs，Vs为电源电压峰值，Ed为电源经过S-PAM控制电路转换的直流电压；直流电压Ed判断单元，与所述的升压比调整单元相连，用于判断所述的直流电压 Ed是否达到了极限值Ed-limit，判断是否转移到以PHASE为主体的控制系统；PHASE电流限制单元，与所述的PHASE控制判断单元相连，用于所述的PHASE电压控制会变成电压饱和状态的运行，转移到以PWM、S-PAM、PHASE为主体的极限控制系统。本发明公开了一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动的系统，包括变频器回路单元、第一驱动接口及控制单元，所述变频器回路单元与永磁体同步电机相连，所述的控制单元通过第一驱动接口与所述的变频器回路单元交互信息，还包括PFC回路单元，与所述的变频器回路单元相连，用于接收输入的交流电，并将所述的交流电转换成直流电，输入到所述的变频器回路单元，其特征在于，所述的控制单元包括上述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱控制装置。在本发明所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统中，还包括连接于所述的控制单元与PFC回路单元之间的第二驱动接口。在本发明所述的PWM、S-PAM, PHASE联动控制的电机驱动系统中，所述PFC回路单
5元包括4个整流二极管Dl、D2、D3、D4组成的整流电路，所述的整流电路与高速二极管D5 的正极及驱动IGBT TRl漏极相连、平缓电容Cs与直流电压Ed检测用两个电阻R3、R4并联后一端与所述的高速二极管D5负极相连，另一端与电源电流Is检出用采样电阻Rl相连。在本发明所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统中，所述变频器回路单元包括6个驱动IGBT TR2 TR7及高速续流二极管D6-D11组成的逆变电路单元，所述的逆变电路单元通过采样电阻R2与所述的PFC回路单元相连。在本发明所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统中，所述的控制单元包括电机控制中心、第一 A/D转换器、第二 A/D转换器、第一 PWMTimer TMl及第二 PWM Timer TM2，所述的第一 A/D转换器与所述的第一 PWMTimer TMl连接后与所述的电机控制中心交互信息；所述的第二 A/D转换器与所述的第二 PWM Timer TMl连接后与所述的电机控制中心交互信息。在本发明所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统中，还包括第一增幅器，用于测试电阻Rl两端电压并输入至所述的第一 A/D转换器。在本发明所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统中，还包括第二增幅器，用于测试电阻R2两端电压并输入到所述的第二 A/D转换器。在本发明所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统中，所述的第一驱动接口一端与第一 PWM Timer TMl相连，另一端连接于所述的驱动IGBT TRl的门极。在本发明所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统中，所述的第二驱动接口一端与第二 PWM Timer TMl相连，另一端与所述的驱动IGBTTR2、TR3、TR4、TR5、TR6、 TR7的门极的公共接点相连。实施本发明的一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动方法、装置和系统，具有以下有益的技术效果1.对于各种各样的发电常数KE的电机，都可以实现驱动；2.即使受电电源电压相当低的情况下，也不会发生停机，能有效保护空调机能力；3.可以调整分配发生的损失；4.三种电压控制PWM、S_PAM、PHASE(相位)，其中无论哪个电压控制到达极限时， 都可以尽力防止速度降低，无论哪个电压控制一旦回到极限以下时，都可以立刻恢复速度， 达到了提高变频系统综合效率、在有限的输入电源情况下让压缩机输出最大能力的目的
图1是本发明实施例一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动方法流程图；图2是本发明实施例一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动装置功能模块图；图3为本发明实施例一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统结构图；图4为图3的等效电路图；图5为本发明新技术S-PAM的控制动作的主要说明图示；图6为本发明主要部分PWM，S-PAM，PHASE控制的联动控制过程图；图7为调整Bset值对比其他品牌在同一机型上的频率和功耗测试曲线6
图8为调整Bset值对比其他品牌在同一机型上的频率和电机电流测试曲线图。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。请参阅图1，一种PWM、S-PAM, PHASE联动控制的电机驱动的方法，包括Si.在电机(也称为马达)低速运转下，负荷较小，PWM电压控制为主控制系统；其中，所述低速一般指在50HZ以下；其中，PWM控制，采用单位电流最大输出力矩的控制算法。具体的公式为τ = ^ρ[κΕ + (Ld-Lq )ld ]/ τ = ,, __+.
Kc
^(Ld-Lq)
+ 1其中，τ为变频器输出的电磁力矩[Nm]ρ为磁极对数Ld，Ltl为同步电感[H]Ke 为发电常数[V/[rad/s]]Id，1,为 d，q 轴电流[A]S2.电机频率上升，负荷进一步增大，判断所述的PWM电压控制是否已经达到了极限；若是，则转到S3，若否，则转到Sl ；S3. P丽与PHASE电压控制联动，这时的PHASE控制为浅弱状态；S4.电机频率继续上升，负荷继续增大，判断与PHASE联动控制设置的S-PAM控制开启条件是否达到；若是，则转到S5，若否，则转到S3 ；■ PHASE控制法PHASE控制是根据电压饱和原则进行控制的。控制的方法是当变频器的输出电压幅值与电机感应电动势信号相近的时候(电压饱和时)，让变频器的输出电压与电机感应电动势错开一个相位，从而让电机在电压饱和状态仍然能够输出需要的力矩，所以PHASE控制也叫做相位控制，也有称作弱磁控制。
L=-
其中，
K1
1
LJ LJ
'V —rl、2
ωλ
+
为最大输出相电压基波幅值[V]； r为绕组电阻[Ω]； I1为绕组相电流基波峰值[A]； Q1为同步角频率[rad/s]。 S5. S-PAM与PHASE联动控制，其中S-PAM为主控制系统，S-PAM自动提高升压比 Ed/Vs，提高Ed直流电压，减少PHASE控制时间，降低马达电流，提高效率。其中Ed是指直流电压，Vs是指电源电压的峰值；
7
S-PAM与PHASE联动控制方法的具体实施例设置了调节变频器效率和功率因数调节电路效率的综合系数Bset。在其他条件相同的情况下，Bset值增大，变频器效率下降，但是功率因数调节电路的损耗减小、效率提升。 调节Bset值可以达到综合效率最高。(0 < Bset < 1)①设定PHASE电压控制最小输出的d_轴电流Id_max = -k*Ke/Ld. k为PHASE控制电流限制的安全系数，一般取值定在0. 5-0. 7。②当PHASE电压控制开始后，如果d_轴电流的指令大于BSet*Id_maX，那么，仍然进行正常的PWM电压控制，即S3状态。③如果d-轴电流的指令小于BSet*Id_maX，那么达到S-PAM控制的开启条件，开始做S-PAM电压控制，提升直流母线电压，从而努力在一定负荷下保持d-轴电流维持在 Bset*Id_max，即 S5 状态。④如果上述情况下，负荷继续增加，并且S-PAM控制中，直流母线电压已经达到最高限定值Ed_limit，系统进入了纯弱磁控制阶段即S7状态，直至d-轴电流达到Id_max。S6.电机频率继续上升，负荷继续增大，判断S-PAM控制提高直流电压Ed是否达到极限值Ed-Iimit ；若是，则转到S7，若否，则转到S5 ；S7.进入PHASE为主控制系统；S8.电机频率继续上升，负荷继续增大，判定PHASE控制达到电压饱和极限，进入深弱状态；若是，则转到S9，若否，则转到S7 ；S9.三种电压控制PWM、S-PAM、PHASE都同时达到了极限，负荷达到极限，频率保持。〇3种控制系(S-PAM电压控制，P丽电压控制，PHASE控制)协作实施电压控制， 以补充其各自的极限。详细说就是重新设定S-PAM电压可能控制的升压比，确定PHASE控制的操作量成为一定值。〇准备发生损失的分配调整可能的设定项目，保证当PWM电压控制到达极限后的状态下，可以选择S-PAM电压控制成为主体，或者是PHASE控制成为控制主体。〇通过S-PAM电压控制机PHASE控制都没有到达极限状态的模式，和都到达极限状态的模式分开处理PWM控制，加速3种控制从极限状态的结束。〇请参阅图5图，作为S-PAM新技术的控制动作的主要说明图示，将电源电压Vs 与直流电压Ed的关系，针对复数的升压比a进行描述。■在通常的运行状态(都在3个电压控制系统的界限以内)升压比a，与设定值 a_set等同。■ PWM电压控制，一旦到达限制状态，PHASE控制开始启动向「微弱」状态转移，电机电压认识到不足状态，Id_limit控制系统开始启动，将升压比调整到与电源电压大小无关的升压比，达成高直流电压Ed的运行状态。■尽管如此电机电压达到不足状态，直流电压一旦超过最大限制值Ed_limit， S-PAM电压控制会变成限制状态的运行，转移到以PHASE为主体的控制系统。请参阅图6，为说明新技术PWM、S_PAM、PHASE电压控制的动作图示，显示永磁同步电机在从低到高速运转三种电压的控制状态时间图。以下，3个电压控制系统如何动作，分状态总结
状态0主体控制系统PWM电压控制第一模式界限状态的电控没有励磁电流ID 电流最小化演算部输出Id_MTA〇状态1■主体控制系统PHASE控制第一模式，即浅弱状态，即是PWM第一界限到S-PAM 开启条件之间的Wiase控制；■界限状态控制PWM电压控制第1的界限状态■励磁电流PI电控输出Id_FWO状态 2■主体控制系统S-PAM电压控制界限状态控制PWM电压控制第一界限状态■励磁电流 Id :Id_limit = Bset*Id_max状态3主体控制体系；PHASE控制第二模式界限状态控制PWM电压控制第1的界限状态S-PAM电压控制界限值Ed-Iimit励磁电流ID 弱界磁PI控制输出Id_FW(注)状态6-3，Ed_limit控制体系动作中O状态 4■主体控制体系PWM电压控制第2模式■界限状态控制S-PAM电压控制■ PHASE控制达到饱和■励磁电流 I d = I d_max(注)状态6-4，Ed_limit控制系统动作中O状态 5■ S-PAM极限控制■ PHASE极限控制，即当变频器的输出电压幅值与电机感应电动势信号相等的时候，也称为深弱状态；■ PWM电压极限控制■励磁电流 I d I d_max(注)状态6-5，是Ed_limit控制系统起作用状态<根据B_set设定值驱动特性不同>〇B_set = 0 ；PHASE控制不作用，只是S-PAM电压控制〇B_set设定小S_PAM控制主体(电机电流小，功率因数校正PFC回路损失大)〇B_set设定大PHASE控制主体(电机电流大，PFC回路损失小)O B_set = 1 ； S-PAM电压控制不作用，只PHASE控制请参阅图7及8，以下为调整Bset值对比其他品牌在同一机型上的功耗和频率、马达电流测试曲线图。在150V电源电压下，海尔新技术方案和其他品牌方案的压机运行最高频率对比
权利要求
1.一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动的方法，其特征在于，包括51.启动电机低速运转，PWM电压控制为主控制变频器运行的系统；52.判断所述的PWM电压控制是否已经达到了极限值；若是，则转到S3，若否，则转到Sl ；53.PWM与PHASE电压控制联动，此时，PHASE控制为浅弱状态；54.判断与PHASE联动控制设置的S-PAM控制开启条件是否达到；若是，则转到S5，若否，则转到S3 ；55.S-PAM与PHASE联动控制，S-PAM为主控制系统，S-PAM自动提高升压比Ed/Vs，提高 Ed直流电压，其中，Ed是指直流电压，Vs是指电源电压的峰值；56.判断S-PAM控制提高直流电压Ed是否达到极限值Ed-Iimit；若是，则转到S7,若否，则转到S5;57.进入PHASE为主控制系统；58.判断PHASE控制是否达到电压饱和极限，进入深弱状态；若是，则转到S9，若否，则转到S 7 ；59.三种电压控制PWM、S-PAM、PHASE均同时达到了极限，负荷达到极限，频率保持。
2.根据权利要求1所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动的方法，其特征在于，所述的PHASE控制包括当变频器的输出电压幅值与电机感应电动势信号相近的时候， 让变频器的输出电压与电机感应电动势错开一个相位，从而让电机在电压饱和状态仍然能够输出需要的力矩。
3.一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动控制装置，用于实现权利要求1所述的方法，其特征在于，包括运行单元，用于实现PWM、S-PAM、PHASE联动控制；PWM控制极限判断单元，与所述的运行单元相连，用于判断所述的PWM控制是否已经达到了极限；升压比调整单元，与所述的PWM控制极限判断单元以及S-PAM与PHASE联动控制设定的判断单元相连，用于所述的S-PAM控制将升压比a自动调整，达成高直流电压Ed的运行状态；其中，升压比a = Ed/Vs, Vs为电源电压峰值，Ed为电源经过S-PAM控制电路转换的直流电压；直流电压Ed判断单元，与所述的升压比调整单元相连，用于判断所述的直流电压Ed是否达到了极限值Ed-limit，判断是否转移到以PHASE为主体的控制系统；PHASE电流限制单元，与所述的PHASE控制判断单元相连，用于所述的PHASE电压控制会变成电压饱和状态的运行，转移到以PWM、S-PAM、PHASE为主体的极限控制系统。
4.一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动的系统，包括变频器回路单元、第一驱动接口及控制单元，所述变频器回路单元与永磁体同步电机相连，所述的控制单元通过第一驱动接口与所述的变频器回路单元交互信息，还包括PFC回路单元，与所述的变频器回路单元相连，用于接收输入的交流电压，并将所述的交流电转换成直流电压，输入到所述的变频器回路单元，其特征在于，所述的控制单元包括权利要求3所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动控制装置。
5.根据权利要求4所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统，其特征在于，还包括连接于所述的控制单元与PFC回路单元之间的第二驱动接口。
6.根据权利要求4所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统，其特征在于， 所述PFC回路单元包括4个整流二极管D1、D2、D3、D4组成的整流电路，所述的整流电路与高速二极管D5的正极及驱动IGBT TRl漏极相连、平缓电容Cs与直流电压Ed检测用两个电阻R3、R4并联后一端与所述的高速二极管D5负极相连，另一端与电源电流Is检出用采样电阻Rl相连。
7.根据权利要求4所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统，其特征在于， 所述变频器回路单元包括6个驱动IGBT TR2 TR7及高速续流二极管D6-D11组成的逆变电路单元，所述的逆变电路单元通过采样电阻R2与所述的PFC回路单元相连。
8.根据权利要求4所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统，其特征在于，所述的控制单元包括电机控制中心、第一 A/D转换器、第二 A/D转换器、第一 PWM Timer TMl 及第二 PWM Timer TM2，所述的第一 A/D转换器与所述的第一 PWM Timer TMl连接后与所述的电机控制中心交互信息；所述的第二 A/D转换器与所述的第二 PWM Timer TMl连接后与所述的电机控制中心交互信息。
9.根据权利要求6所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统，其特征在于，所述的电机驱动系统还包括第一增幅器，用于测试电阻Rl两端电压并输入至所述的第一 A/D 转换器。
10.根据权利要求7所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统，其特征在于， 所述的电机驱动系统还包括第二增幅器，用于测试电阻R2两端电压并输入到所述的第二A/D转换器。
11.根据权利要求8所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统，其特征在于， 所述的第一驱动接口一端与第一 PWM Timer TMl相连，另一端连接于所述的驱动IGBT TRl 的门极。
12.根据权利要求8所述的PWM、S-PAM、PHASE联动控制的电机驱动系统，其特征在于， 所述的第二驱动接口一端与第二PWM Timer TMl相连，另一端与所述的驱动IGBT TR2、TR3、 TR4、TR5、TR6、TR7的门极的公共接点相连。
全文摘要
本发明公开了一种PWM、S-PAM、PHASE联动控制永磁同步电机的驱动控制方法、装置和系统，其中方法包括S1.PWM电压控制为主控制系统；S2.判断所述的PWM电压控制是否已经达到了极限；S3.PWM与PHASE电压控制联动；S4.判断与PHASE联动控制设置的S-PAM控制开启条件是否达到；S5.S-PAM与PHASE联动控制；S6.判断S-PAM控制提高直流电压Ed是否达到极限值Ed-limit；S7.进入PHASE为主控制系统；S8.判定PHASE控制是否达到电压饱和极限；S9.电压控制PWM、S-PAM、PHASE都同时达到了极限，频率保持。本发明当电压控制到达极限时，可防止速度降低，电压控制回到极限以下时，可立刻恢复速度，提高变频系统综合效率、在有限的输入电源情况下可让压缩机输出最大能力。
文档编号H02P27/06GK102437801SQ20111043187
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者刘聚科, 王友宁, 程永甫, 范增年 申请人:海尔集团公司, 青岛海尔空调器有限总公司