专利名称：一种单相永磁同步电机变频控制方法
技术领域：
本发明涉及一种单相永磁同步电机的变频控制方法。
背景技术：
近年来，电力电子及变频驱动技术日渐成熟，在三相永磁电机(PMSM)变频驱动的基础上，催生了一种结构更简单实用的单相永磁同步电机(SPMSM)，其结构原理如图1，是一种4极单相结构，其转子为永磁转子。
理论和实践证明，这是一种易于调速控制的电机根据实际转速对目标转速的误差，实时调节定子电压PWM输出占空比，从而控制定子电流，即可对转矩进行调节，以达到对转速的调节，使实际转速趋近于目标转速。以上原理根据电机基本理论很容易得出，推导从略。
根据单相永磁电机的特点，电机转子从一个平衡位置以一定转速转到另一个平衡位置的过程中(电角度分别设为0°和180° )，其绕组反电动势波形为半周期的正弦波。
为了使电机达到最大的转矩电流比以及最大的功率因数，应使通过绕组的电流也为正弦波，且与反电势相位反向。那么外部施加的驱动电压也应是正弦波，但因绕组电感的影响，应比电流相位稍提前。推导从略。
为了获得正弦的驱动电压，目前通常的做法是SPWM调制(正弦脉宽调制)在母线电压恒定的条件下，通过用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形(即SPWM 波形)，去控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应时间区间内的面积相等，从而得到宏观上的正弦波电压。
以上做法理论上没有任何问题，但所要求的条件比较苛刻，为了获得良好的性能及稳定性，要求母线电压必须恒定，这样就必须使用余量很大的电源整流滤波器件。但是采用大余量的电源整流滤波器件会使材料成本大幅上升。
因此需要对现有的单相永磁同步电机变频驱动方式进行改进。发明内容
本发明提供一种低成本的单相永磁同步电机变频驱动方法。
采用以下技术方案
一种单相永磁同步电机变频控制方法，包括以下步骤
5)构建直流母线电压采样电路，将直流母线电压采样电路接入到驱动电路MCU 上；
6)将转子位置检测传感器接入到驱动电路主控MCU上；
7)通过驱动电路主控MCU上的PWM信号生成软件模块生成PWM信号；所述PWM信号生成软件模块采用下式计算生成PWM信号
PW=T · Vo * · sin (ω t) /Vbus ；
式中
Pff :所生成的脉冲宽度，即在每个PWM周期中开关管导通的时间宽度；
T :开关管一次导通和截止的时间之和；
Vo%目标驱动电压，来自速度调节环，取目标输出正弦波电压的最大值；
cot :转子转速及位置值，对转子位置检测传感器的信号进行软件估算后得出；
Vbus :直流母线电压值，对直流母线电压采样电路进行A/D转换后得出；
8)利用所生成的PWM信号对逆变电路进行驱动。
本发明通过主控MCU对直流母线电压实时采样，由软件对PWM脉冲宽度实时调整， 使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波电压在相应时间区间内的面积相等，从而得到宏观上稳定的正弦波电压。
因克服了直流母线电压的波动导致的输出正弦波电压的变形，因此本驱动方法允许使用纹波较大的直流电源供电，对电源整流滤波的要求降低，于是大幅节省了材料成本。
图1是现有单相永磁同步电机的工作原理图2是实施例的硬件平台原理图3是实施例的PWM信号生成软件模块的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。
如图2所示，是本发明方法所能应用的其中一种硬件平台。
该硬件平台包括直流母线电压采样电路、主控MCU、逆变电路和单相永磁同步电机。直流母线电压采样电路、主控MCU、逆变电路依次连通。单相永磁同步电机上带有转子位置检测传感器，转子位置检测传感器与主控MCU连通。在该硬件平台上，主控MCU能获得直流母线电压Vbus、转子当前转速及位置值ω t、以及目标驱动电压Vo '于是主控MCU通过其内部的PWM信号生成软件模块可计算生成特定的实时的PWM信号，从而对逆变电路进行驱动控制，进而驱动单相永磁同步电机良好运转。
如图2所示，本实施例中直流母线电压Vbus是经过电阻Rl和电阻R2进行分压采样的，然而这只是其中一个电压采样电路的示例，根据电路结构的不同，可以有其它形式的直流母线电压采样电路。
主控MCU上的PWM信号生成软件模块用于生成上述的特定的实时的PWM信号。如图3所示，本实施例中PWM信号生成软件模块包括目标正弦波生成模块、脉宽计算模块和 PWM驱动波形生成模块。
目标正弦波生成模块利用目标驱动电压Vo*和转子当前转速及位置值计算得出 Vo * · sin (ω t)。
脉宽计算模块利用所得出的Vo* · Sin(Ot)值结合直流母线电压Vbus和开关管一次导通和截止的时间之和T，进行下式的脉宽计算
Pff=T · Vo * · sin (cot)/Vbus ；
其中，PW :所生成的脉冲宽度，即在每个PWM周期中开关管导通的时间宽度；
T :开关管一次导通和截止的时间之和；
Vo%目标驱动电压，来自速度调节环，取目标输出正弦波电压的最大值；
cot :转子转速及位置值，对转子位置检测传感器的信号进行软件估算后得出；
Vbus :直流母线电压值，对直流母线电压采样电路进行A/D转换后得出。
PWM驱动波形生成模块根据脉宽计算模块的结果生成相应的PWM波形。
从图2、图3可看出，主控MCU输出到逆变电路的PWM脉宽与直流母线电压Vbus的 瞬时值相关。本驱动方法所生成的PWM信号，其某时间区间的占空比会根据直流母线电压 Vbus的瞬时值做出调整。使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波电压在相应时 间区间内的面积相等，从而得到宏观上稳定的正弦波电压。从而消除直流母线电压波动的 影响，得到比较完美的正弦波电流。于是即使使用余量较少的直流电源供电，也可保证单相 永磁同步电机良好运转。
本发明的驱动方法中，由于直流母线电压Vbus是存在波动的，于是主控MCU所输 出的PWM脉冲宽度看起来可能不是按正弦规律变化，但直流母线电压的实时值与相应时间 区间脉宽的乘积却是按正弦规律变化的。
本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所 做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种单相永磁同步电机变频控制方法，其特征是包括以下步骤O构建直流母线电压采样电路，将直流母线电压采样电路接入到驱动电路MCU上；2)将转子位置检测传感器接入到驱动电路主控MCU上；3)通过驱动电路主控MCU上的PWM信号生成软件模块生成PWM信号；所述PWM信号生成软件模块采用下式计算生成PWM信号Pff=T · Vo * · sin (ω t) /Vbus ；式中PW :所生成的脉冲宽度，即在每个PWM周期中开关管导通的时间宽度；T :开关管一次导通和截止的时间之和；Vo %目标驱动电压，来自速度调节环，取目标输出正弦波电压的最大值； t :转子转速及位置值，对转子位置检测传感器的信号进行软件估算后得出；Vbus :直流母线电压值，对直流母线电压采样电路进行A/D转换后得出；4)利用所生成的PWM信号对逆变电路进行驱动。
2.一种单相永磁同步电机变频控制方法，其特征是所述PWM信号生成软件模块包括 目标正弦波生成模块、脉宽计算模块和PWM驱动波形生成模块；目标正弦波生成模块利用目标驱动电压Vo*和转子当前转速及位置值on计算得出Vo * · sin (ω t)；脉宽计算模块利用所得出的Vo* · Sin(Ot)值结合直流母线电压Vbus和开关管一次导通和截止的时间之和T，进行下式的脉宽计算Pff=T · Vo * · sin (ω t) /Vbus ；其中，PW :所生成的脉冲宽度，即在每个PWM周期中开关管导通的时间宽度；T :开关管一次导通和截止的时间之和；Vo %目标驱动电压，来自速度调节环，取目标输出正弦波电压的最大值； t :转子转速及位置值，对转子位置检测传感器的信号进行软件估算后得出；Vbus :直流母线电压值，对直流母线电压采样电路进行A/D转换后得出；PWM驱动波形生成模块根据脉宽计算模块的结果生成相应的PWM波形。
全文摘要
本发明提供一种低成本的单相永磁同步电机变频驱动方法。包括以下步骤1)构建直流母线电压采样电路，将直流母线电压采样电路接入到驱动电路MCU上；2)将转子位置检测传感器接入到驱动电路主控MCU上；3)通过驱动电路主控MCU上的PWM信号生成软件模块生成PWM信号；所述PWM信号生成软件模块采用下式计算生成PWM信号PW=T·Vo＊·sin(ωt)/Vbus；4)利用所生成的PWM信号对逆变电路进行驱动。本驱动方法允许使用纹波较大的直流电源供电，对电源整流滤波的要求降低，于是大幅节省了材料成本。
文档编号H02P6/08GK103036491SQ201210508918
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者李先虎, 孙冬晨 申请人:佛山市顺德区和而泰电子科技有限公司