专利名称：：异步起动永磁同步电机防反转起动装置及控制方法
技术领域：
：本发明涉及一种电机防反转起动装置，尤其是一种异步起动永磁同步电机防反转起动装置及控制方法。
背景技术：
：异步起动永磁同步电机兼有感应电机和永磁同步电机的特点，接工频电网时，依靠定子旋转磁场与笼型转子相互作用产生的异步转矩实现起动，之后运行在同步转速，笼型转子不再起作用。该种电机具有高效率、高功率因数、高转矩密度等诸多优点，而且在失步时可以依靠笼型转子的作用重新回到同步运行状态，因而在纺织、油田等多个行业具有很好的应用前景，受到了极大的关注。但是，异步起动永磁同步电机的起动电流很大，在电网容量较小的场合，直接起动难以实现。这种情况下，可以采用变频起动方式。在起动过程中，定子三相电流频率逐渐升高，产生的旋转圆形磁动势与转子发生相对运动，产生电磁转矩，使转子沿磁动势方向旋转起来。但是由于无法预知转子初始位置，起动瞬间往往出现定子磁场落后于转子永磁体磁场的情况，造成电动机转子反转的情况发生。在某些应用领域，如纺织过程中，起动时的发转会导致纺织线由于拉伸而断开，所以不允许电机反转情况的出现。这个问题严重制约异步起动永磁同步电机在一些领域的推广和应用。
发明内容本发明的目的在于克服现有异步起动永磁同步电机起动时的反转缺陷，提供了一种防反转起动装置及控制方法。该装置采用转子位置检测单元、微处理器单元、逆变器和异步起动永磁同步电机相结合的结构，应用霍尔元件检测转子初始位置，根据霍尔元件的输出信号确定永磁同步电机三相绕组电流的初始相位，通过控制逆变器完成电机无反转的起动过程。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本发明装置包括微处理器单元1、位置检测单元3、逆变器4及异步起动永磁同步电机PMSM2。其中转子位置检测单元3与异步起动永磁同步电机PMSM2中的霍尔元件相连，霍尔元件位于电机内部的端盖处或定子铁芯处，三个霍尔元件间隔120°或60°电角度排列安装，其三路输出信号HALL1HALL3送入转子位置检测单元3;转子位置检测单元3与微处理器单元1相连接，转子位置检测单元3对输入的霍尔元件信号HALL1HALL3进行处理后送至微处理器单元1;微处理器单元1与逆变器4相连，霍尔元件信号HALL1HALL3经过微处理器单元1处理后，输出6路P丽信号P丽lP丽6给逆变器以控制其通断状态；逆变器4的输入电能来源于供电电源，其输出与永磁同步电机PMSM2的U、V、W三相绕组连接。本发明所述的控制方法的特征在于是一种根据转子位置确定电机三相绕组供电的初始相位，进而决定逆变器控制策略的方法。(1)以定子A相绕组轴线方向为起点，将空间360。电角度平均分为六个区间，在异步起动瞬间根据转子磁动势所在的区间确定三相定子电流的初始相位。(2)根据三个霍尔元件状态判断转子位置区间，并由此确定A相绕组电流初始相位，B相、C相与A相电流相位互差120°电角度。(3)根据A相、B相和C相的初始相位控制逆变器，使起动时刻的定子磁动势超前于转子磁动势某一角度。(4)以起动时刻的定子磁动势为起始位置，按照恒压频比方式控制其大小和速度，直至电机达到同步转速完成起动过程。本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果(1)通过霍尔元件检测转子初始位置，以此确定三相定子绕组电流的初始相位及相序关系，使定子磁动势与转子磁动势相互配合，可以有效解决异步起动永磁同步电机起动过程中的反转问题。(2)采用霍尔元件检测转子位置，与采用光电编码器或旋转变压器等位置检测方法相比，具有成本低、安装容易、线路简单、可靠性高等明显的优势。(3)本起动装置及方法可以通过对普通变频器简单改进实现，只需使普通变频器能够接受霍尔元件输出信号，并更新起动控制算法软件即可。这样，基于普通变频器即可解决异步起动永磁同步电机的起动反转问题，因而本起动装置及控制方法的通用性好。图1为异步起动永磁同步电机防反转起动装置结构图2定子磁动势确定原理图。具体实施例方式下面结合图1、图2对本发明作进一步说明。如附图1所示，本装置包括微处理器单元1，异步起动永磁同步电机2，转子位置检测单元3和逆变器4。转子位置检测单元3与异步起动永磁同步电机PMSM2中的霍尔元件相连，霍尔元件输出信号HALL1HALL3送入转子位置检测单元3，处理后送至微处理器单元1;微处理器单元1与逆变器4相连，微处理器单元1输出的6路P丽信号P丽lP丽6给逆变器，控制逆变器中功率开关器件的通断状态；逆变器4的输出与永磁同步电机PMSM2的U、V、W三相绕组连接。如附图2所示，FA、FB、Fc分别为A、B、C三相绕组电流产生的磁动势，Fm为转子磁动势，F。为定子合成磁动势，n为逆时针方向旋转速度，区域IVI是六个以定子A相绕组轴线方向为起点的60。区间。本发明所述的控制方法为(1)起动瞬间霍尔元件输出HALL1HALL3，即转子位置信息送入微处理器单元1。(2)根据HALL1HALL3的状态由微处理器单元1判断转子磁动势Fm所在的区间，进而确定三相绕组电流起动时刻初始相位。表1中给出了霍尔元件按互差120°电角度安装时的输出信号HALL1HALL3与A相电流相位9及转子所在区间IVI的对应关系，B相、C相与A相电流相位互差120°电角度。其中，霍尔元件信号中的"1"表示输出为高电位，"0"表示输出为低电位。表1转子位置检测及A相相角给定<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>(3)根据A相、B相和C相电流的初始相位，通过微处理器单元1的输出信号P丽lP丽6控制逆变器，保证在电机起动时刻的定子合成磁动势超前于转子磁动势某一角度。(4)起动时刻定子磁动势确定后，以该时刻的定子磁动势为起始位置，按照恒压频比方式控制定子磁动势的大小和旋转速度，直至使电机达到同步转速完成无反转的起动过程。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。权利要求一种异步起动永磁同步电机防反转起动装置，包括微处理器单元、位置检测单元、逆变器及异步起动永磁同步电机；其特征在于所述的转子位置检测单元与异步起动永磁同步电机中的霍尔元件相连，霍尔元件位于电机内部的端盖处和/或定子铁芯处，三个霍尔元件等间隔电角度排列安装，其输出信号送入转子位置检测单元；转子位置检测单元还与微处理器单元相连接，对输入的霍尔元件信号进行处理；所述的微处理器单元与逆变器相连，霍尔元件信号经过微处理器单元处理后，输出多路PWM信号给逆变器以控制其通断状态；所述逆变器的输入电能来源于供电电源，其输出与永磁同步电机三相绕组连接。2.根据权利要求1所述的异步起动永磁同步电机防反转起动装置，其特征在于所述的等间隔电角度为120°或60°。3.根据权利要求1所述的异步起动永磁同步电机防反转起动装置，其特征在于所述的多路P丽信号为六路。4.一种异步起动永磁同步电机防反转起动的控制方法，根据转子位置确定电机三相绕组供电的初始相位，控制逆变器；其特征在于，包括以下步骤4.1.以定子A相绕组轴线方向为起点，将空间360。电角度平均分为六个区间，在异步起动瞬间根据转子磁动势所在的区间确定三相定子电流的初始相位；4.2.根据三个霍尔元件状态判断转子位置区间，并由此确定A相绕组电流初始相位，B相、C相与A相电流相位互差120。电角度；4.3.根据A相、B相和C相的初始相位控制逆变器，使起动时刻的定子磁动势超前于转子磁动势某一角度；4.4.以起动时刻的定子磁动势为起始位置，按照恒压频比方式控制其大小和速度，直至电机达到同步转速完成起动过程。全文摘要一种异步起动永磁同步电机防反转起动装置及控制方法，包括微处理器单元、位置检测单元、逆变器及异步起动永磁同步电机；转子位置检测单元与异步起动永磁同步电机中的霍尔元件相连，霍尔元件位于电机内部的端盖处和/或定子铁芯处，霍尔元件等间隔电角度排列安装，其信号送入转子位置检测单元；转子位置检测单元与微处理器单元相连接，对输入进行处理；微处理器单元与逆变器相连，霍尔元件信号经过微处理器单元处理后，输出六路PWM信号给逆变器以控制其通断状态；逆变器与永磁同步电机三相绕组连接。本发明根据转子位置确定电机三相绕组供电的初始相位，控制逆变器；可以通过对普通变频器简单改进，实现异步起动永磁同步电机的起动反转问题。文档编号H02P6/20GK101707464SQ20091024220公开日2010年5月12日申请日期2009年12月4日优先权日2009年12月4日发明者余枫,许家群,阎宝光申请人:北京工业大学