一种内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电机的控制技术，具体是一种内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统。
【背景技术】
[0002]永磁同步电机一般应用在精度、动态性能要求高的场合，在永磁同步电动机的控制中，正确的确定转子初始位置是电机能够正常起动运行的基础，是各种控制算法可以实施的前提，如果初始位置的检测不正确，有可能导致电机启动时反向旋转或者是失败。传统的方法是安装机械式的传感器来确定转子的速度和位置。但机械式的传感器增加了系统的成本和降低了系统的稳定性；同时传感器对环境的要求很高，环境的温度、湿度、电磁干扰等因素都有可能降低测量的精度和准确度。
[0003]为了克服机械传感器所带来的问题，国内外的专家和学者对于永磁同步电机的无速度传感器展开了深入的研究。最简单的无速度传感器是利用电机的反电动势积分，这种方法很简单，但是在零速和低速时反电动势很小，很难检测和处理。所以这种方法在低速和启动时不适用。后来有专家提出了高频注入法，它是在电机启动时确定电机转子位置和极性公认有效的方法。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:在内置式永磁同步电机启动过程中，快速的获取电机的初始位置。解决无速度传感器内置式永磁同步电机启动过程中初始位置估计不准确导致启动失败的问题。
[0005]本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是:该系统主要由三相交流电源相连的整流电路、DSP、三相桥式逆变电路、高频信号注入电路、光耦隔离驱动电路、信号处理电路、驱动保护电路和多个霍尔电压传感器组成。
[0006]所述的整流电路是由晶闸管组成的三相桥式不可控整流电路，该整流电路和三相交流电源相连。
[0007]所述的DSP采用TMS320F2812芯片，其PffM输出端与所述光耦合隔离驱动电路的输入端相连。
[0008]所述的高频信号注入电路的输出电压与所述的整流电路输出电压相叠加。
[0009]所述的三相桥式逆变电路由IGBT作为开关器件组成，其输入端与整流电路的输出端相连。
[0010]所述的光耦合隔离驱动电路，由HCPL-316J光电耦合器组成，其控制输出端与三相桥式逆变电路中的IGBT的栅极和发射极相连。
[0011]所述的信号处理电路由有源带通滤波器组成，其输入端与多个霍尔电压传感器中的第三霍尔电流传感器Y3和第四霍尔电流传感器Y4的输出端相连。
[0012]所述的驱动保护电路，其输入端与多个霍尔电压传感器中的第一霍尔电压传感器Yl和第二霍尔电流传感器Y2的输出端电连接，其输出端与所述DSP中的POPINT模块的输入端电连接。
[0013]本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
[0014]本实用新型可以很好解决永磁同步电机启动时机械传感器信号弱且受到干扰强的弊端而导致启动反向或者失败等问题，提高了启动的可靠性，消除了机械传感器安装和维护中带来的弊端，并降低了成本；并且具有很强的抗干扰能力，能够更加准确、快速稳定的测得转子的初始位置，同时提高系统的稳态误差和稳定性。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构示意图。
[0016]图2为电流信号处理电路的结构示意图。
[0017]图3为电压信号调理电路的结构示意图。
[0018]图4为二相桥式逆变电路主回路的结构不意图。
[0019]图5为光耦隔离驱动电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型提供的内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，其利用高频信号注入电路注入高频信号，提取产生包含转子位置信号的高频电流响应负序分量，该信号通过DSP处理后得到永磁同步电机的磁极的初始位置和极性，从而输出PffM脉冲信号来启动电机。
[0021]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步地详细说明。
[0022]本实用新型提供的内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，其结构如图1所示，包括整流电路、稳压电容C、采样电阻R、霍尔电压传感器Yl、霍尔电流传感器Y2、DSP、高频信号注入电路、三相桥式逆变电路、霍尔电流传感器Y3、霍尔电流传感器Y4、光耦隔离驱动电路、信号处理电路、驱动保护电路。
[0023]所述整流电路输出端与稳压电容C并联。该整流电路是把三相交流电源转化成平滑直流电源，该电路由晶闸管组成的三相桥式不可控整流电路，该整流电路和三相电源U、V、W相连，经过滤波电容输出平滑的直流电。
[0024]所述的霍尔电压传感器Yl通过采样电阻R与稳压电容C并联，所述的霍尔电流传感器Y2与所述的整流电路输出的直流母线串联。所述的霍尔电压传感器Y1、霍尔电流传感器Y2，用于检测整流电路输出的电压和电流，并且将检测到的电压、电流输入到驱动保护电路，当霍尔电压传感器Y1、霍尔电流传感器Y2检测到过电压或者过电流时，驱动保护电路将故障信号传输到DSP功率保护输入中断引脚(PDPITNT)，产生功率保护中断信号，从而关断6路PffM信号的输出脉冲信号，以实现系统的故障保护。
[0025]所述的霍尔电流传感器Y3和霍尔电流传感器Y4串联在所述的IPMSM的定子的其中的两相。
[0026]上述霍尔电压传感器Yl、霍尔电流传感器Y2、霍尔电流传感器Y3和霍尔电流传感器Y4构成电压和电流检测电路。所述电流传感器Y3和Y4与定子两相相连，检测电机的高频响应电流信号，检测到的高频响应电流信号由信号处理电路处理。
[0027]所述的驱动保护电路，其输入端与霍尔电压传感器Yl和霍尔电流传感器Y2的输出端连接，其输出端与所述DSP处理芯片POPINT模块的输入端电连接。该驱动保护电路的电流信号调理电路如图2所示，其由LM324构成的有源带通滤波器和由LM324构成的电压跟随器所组成的。其输入端和霍尔电压传感器Yl的输出端相连，将处理后的信号送入比较电路，通过判断过压和过流产生故障信号，将故障信号传输到DSP功率保护输入中断引脚(PDPITNT)，产生功率保护中断信号。
[0028]所述的电压信号处理电路其中一路如图3所示，另一路的电路结构及参数完全相同，是针对驱动保护部分，其由LM324构成的有源带通滤波器和由LM324构成的电压跟随器所组成的。其输入端和霍尔电流传感器Y3和霍尔电流传感器Y4的输出端相连。该电路滤去电机的基波分量和IGBT开关产生的高频分量后，得到所需要的含有转子位置信息的高频电流响应信号，该信号由ADC模块送入DSP中。
[0029]所述的三相桥式逆变电路是由IGBT作为开关器件组成的，如图4所示，其输入端与所述的整流电路的输出端相连接。
[0030]所述的内置式永磁同步电机(IPMSM)，其电源输入端与所述三相桥式逆变电路的输出端相连(图1)。
[0031]所述的DSP采用TMS320F2812芯片，该芯片的PffM输出端与所述光耦合隔离驱动电路的输入端相连。在电机静止时，在电机定子侧注入高频电压信号，通过DSP处理高频电流响应信号来估计永磁同步电机的磁极位置，通过PWM输出端输出PWM控制信号，其输出的信号通过光耦隔离驱动电路来驱动三相桥式逆变电路，从而控制电机启动。
[0032]所述的光耦合隔离驱动电路，如图5所示，由HCPL-316J光电耦合器及外围电容和电阻组成，用来隔离和驱动三相桥式逆变电路。该光耦合隔离驱动电路的输出端Gl和El与所述的三相桥式逆变电路的IGBT的栅极和发射极相连。
[0033]本实用新型提供的上述内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，其工作过程是:在系统工作时，通过整流电路将交流电整流成为直流电，通过滤波电容的滤波作用获得平滑的直流电输出，通过高频电压注入电路，叠加一个三相平衡的高频电压信号。通过霍尔电流感测器检测高频响应电流，将检测高频响应电流通过电流信号处理电路获得高频响应的负序分量，通过ADC模块将高频响应电流信号送入到DSP芯片，由PffM输出端输出PffM脉冲信号，该PWM脉冲信号经过光耦隔离驱动电路驱动三相桥式逆变电路，控制逆变电路内的IGBT的导通和关断，从而产生相应的电压信号控制电机的启动。
[0034]本实用新型中，所述霍尔电压传感器Y1、霍尔电流传感器Y2用于检测所述整流电路的输出电流和电压，驱动保护电路根据霍尔电压传感器Y1、霍尔电流传感器Y2所测的电流和电压将故障信号传输到DSP功率保护输入中断引脚(PDPITNT)，产生功率保护中断信号，从而关断6路PffM信号的输出脉冲信号，以实现系统的故障保护。
【主权项】
1.一种内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，其特征在于该系统主要由三相交流电源相连的整流电路、DSP、三相桥式逆变电路、高频信号注入电路、光耦隔离驱动电路、信号处理电路、驱动保护电路和多个霍尔电压传感器组成；所述的DSP采用TMS320F2812芯片，其PffM输出端与所述光耦合隔离驱动电路的输入端相连；所述的高频信号注入电路的输出电压与所述的整流电路输出电压相叠加；所述的三相桥式逆变电路的输入端与整流电路的输出端相连；所述的信号处理电路，其输入端与多个霍尔电压传感器中的第三霍尔电流传感器Y3和第四霍尔电流传感器Y4的输出端相连；所述的驱动保护电路，其输入端与多个霍尔电压传感器中的第一霍尔电压传感器Yl和第二霍尔电流传感器Y2的输出端电连接，其输出端与所述DSP中的POPINT模块的输入端电连接。2.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，其特征在于所述的整流电路是由晶闸管组成的三相桥式不可控整流电路，该整流电路和三相交流电源相连。3.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，其特征在于所述的三相桥式逆变电路由IGBT作为开关器件组成。4.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，其特征在于所述的光耦合隔离驱动电路，由HCPL-316J光电耦合器组成，其控制输出端与三相桥式逆变电路中的IGBT的栅极和发射极相连。5.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，其特征在于所述的信号处理电路由有源带通滤波器组成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种内置式永磁同步电机的无速度传感器启动系统，该系统主要由三相交流电源相连的整流电路、DSP、三相桥式逆变电路、高频信号注入电路、光耦隔离驱动电路、信号处理电路、驱动保护电路和多个霍尔电压传感器组成。本实用新型不仅提高了永磁同步电机在启动过程中的可靠性，而且除去了机械传感器安装和维护中带来的问题，在降低成本的同时提高了系统的可靠性。
【IPC分类】H02P6/20
【公开号】CN204859047
【申请号】CN201520369150
【发明人】胡红明, 徐之文, 王一飞, 袁佑新, 陈静, 肖纯, 向馗, 谭思云
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年6月2日