无位置传感器的直流风机的启动方法及直流风机控制器与流程

本发明属于家电领域，尤其涉及一种无位置传感器的直流风机的启动方法及直流风机控制器。

背景技术：
直流风机（即永磁同步直流风机）与交流风机(即感应直流风机)相比，具有无需通过感应电流励磁，效率较高，节能性更好的优点。目前，直流风机使用量不断增加，特别在能效比与噪音值要求较高的家电领域（如：变频空调），直流风机得到了很广泛的应用。根据驱动方式的不同，直流风机又分为方波驱动与正弦波驱动两种，与方波驱动方式相比，正弦波驱动方式具有噪音低、电流脉动小等优点，正弦波驱动的直流风机正逐渐成为市场的主流。目前正弦波驱动直流风机主要采用矢量控制的方法进行控制，该方法具有效率高且相电流谐波较小的优点。但是由于采用上述方法需要根据角度进行坐标变换，矢量控制需要获取运行过程中直流风机的转子位置。按照转子位置检出方式的不同，直流风机矢量控制的方式可分为两种：一种是利用编码器、霍尔等位置传感器对转子位置进行检测，并据此选择矢量控制的方式；另一种是无需位置传感器，而根据直流风机电流、电压量估算转子位置。后一种方式通常被称为无传感器控制。由于成本上的优势，无传感器控制的直流风机越来越受到国内外机电产品厂家的重视，所以，无位置传感器正弦波驱动的直流风机具有效率高、噪音低、成本低等优势，其应用越来越广泛。目前，大部分无传感器控制的直流风机采用基于反电势或磁通的位置预估方法，这些方法均要求直流风机有一定的转速，才能给出准确的位置估计，若直流风机转速为零或者接近于零，则检出的反电势或磁通的信噪比将很低，使得位置难以准确估计。为此，一般的无传感器控制直流风机都需要一个开环启动的过程，通过加入预设的d-q轴电流把直流风机转子强行带动并达到一定的初速度，再切入速度闭环控制。而在直流风机开环启动前必须进行转子定位处理，即对直流风机三相通以直流电，使转子固定，用于驱动风轮的直流风机常常需要在逆风或者顺风的环境下启动。在定位时，受到外部风力的作用，风机具有一定的初始转速，转子常常难以固定，若转子无法固定，则开环启动过程容易失步，从而导致启动失败。为解决上述问题，专利1（公开号：US7652441B2）提出了根据直流风机磁通估计出风机初始转速，然后根据不同转速判断进入不同的动作模式。该方法通过控制风机相电流为零，使得风机输入电压逼近其反电势，并对反电势进行近似积分获取磁通，再根据磁通值求得风机转速，这样既能获得较准确的速度估计，又能够保证相电流幅值不会过大。然而，该专利中风机初始转速的估计方法对直流风机变参数（例如磁通量）具有依赖性，所以其计算不准确，并且计算量较大。

技术实现要素：
本发明实施例的目的在于提供一种无位置传感器的直流风机的启动方法，旨在解决现有技术的计算依赖直流风机变参数，计算不准确，计算量大的问题。第一方面提供一种无位置传感器的直流风机的启动方法，所述方法包括：当直流风机启动后，记录电流最大相第一次变相时间T1、记录电流最大相第二次变相时间T2和电流最大相第一次变相顺序；依据该电流最大相变相顺序获知该直流风机的转向；依据公式1计算直流风机的转速绝对值；公式1其中，M0为转速绝对值，P为直流风机的极对数，T1为电流最大相第一次变相时间，T2电流最大相第二次变相时间；根据所述直流风机的转向和所述转速绝对值确定该直流风机的启动模式。结合第一方面提供的一种无位置传感器的直流风机的启动方法，在第一方面的第一种可选方案中，所述依据该电流最大相变相顺序获知该直流风机的转向具体包括：如电流最大相第一次变相顺序为，从U相变成V相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从U相变成W相，则确定直流风机的转向为反向；如电流最大相第一次变相顺序为，从V相变成W相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从V相变成U相，则确定直流风机的转向为反向；如电流最大相第一次变相顺序为，从W相变成U相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从W相变成V相，则确定直流风机的转向为反向；所述直流风机的三相分别为：U相、V相和W相。结合第一方面的一种无位置传感器的直流风机的启动方法或结合第一方面的第一种可选方案，在第二方面的第二种可选方案中，所述根据该直流风机的转向和转速绝对值确定该直流风机的启动模式具体包括：若初始转速ω0满足ωnl＜ω0＜ωpl，则对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行；若初始转速在ω0满足ωpl＜ω0＜ωpm或ωnm＜ω0＜ωnl，则保持对直流风机能耗制动Tb秒，然后对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行；若初始转速ω0满足ωpm＜ω0＜ωph或ωnh＜ω0＜ωnm，则保持对直流风机能耗制动Tb秒后，对直流风机强制输入电流制动Tfb秒，然后对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行。若初始转速ω0满足ω0＞ωph或ω0＜ωnh，则判断风机初始转速过大，无需启动；其中，ωpl、ωpm与ωph分别为直流风机正向低、中、高转速的阈值；而ωnl、ωnm与ωnh分别为直流风机反向低、中、高转速的阈值；其中，ω0为初始转速。第二方面，提供一种直流风机控制器，所述控制器包括：记录模块，用于当直流风机启动后，记录电流最大相第一次变相时间T1、记录电流最大相第二次变相时间T2和电流最大相第一次变相顺序；转向模块，用于依据该电流最大相变相顺序获知该直流风机的转向；转速模块，用于依据公式1计算直流风机的转速绝对值；公式1其中，M0为转速绝对值，P为直流风机的极对数，T1为电流最大相第一次变相时间，T2电流最大相第二次变相时间；启动模块，用于根据所述直流风机的转向和所述转速绝对值确定该直流风机的启动模式。结合第二方面提供的一种直流风机控制器，在第二方面的第一种可选方案中，所述转向模块具体用于：如电流最大相第一次变相顺序为，从U相变成V相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从U相变成W相，则确定直流风机的转向为反向；如电流最大相第一次变相顺序为，从V相变成W相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从V相变成U相，则确定直流风机的转向为反向；如电流最大相第一次变相顺序为，从W相变成U相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从W相变成V相，则确定直流风机的转向为反向；所述直流风机的三相分别为：U相、V相和W相。结合第一方面提供的一种直流风机控制器或第一方面的第一种可选方案中，在第二方面的第二种可选方案中，所述启动模块具体用于：若初始转速ω0满足ωnl＜ω0＜ωpl，则对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行；若初始转速在ω0满足ωpl＜ω0＜ωpm或ωnm＜ω0＜ωnl，则保持对直流风机能耗制动Tb秒，然后对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行；若初始转速ω0满足ωpm＜ω0＜ωph或ωnh＜ω0＜ωnm，则保持对直流风机能耗制动Tb秒后，对直流风机强制输入电流制动Tfb秒，然后对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行。若初始转速ω0满足ω0＞ωph或ω0＜ωnh，则判断风机初始转速过大，无需启动；其中，ωpl、ωpm与ωph分别为直流风机正向低、中、高转速的阈值；而ωnl、ωnm与ωnh分别为直流风机反向低、中、高转速的阈值；其中，ω0为初始转速。本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：本发明的技术方案具有不依赖直流风机变参数，计算准确，计算量小的优点。附图说明图1是本发明实施例提供的一种无位置传感器正弦波驱动直流风机控制系统框图；图2是本发明实施例提供的一种无位置传感器的直流风机的启动方法的流程图；图3为电流三相U相、V相、W相的电流示意图；图4为本发明具体实施方式提供的区间划分示意图；图5为本发明提供的强制输入电流制动过程中电流、转速与时间的关系曲线示意图；图6初始转速满足ωnh＜ω0＜ωnm直流风机启动的相电流波形图；图7为本发明提供的一种无位置传感器的直流风机的启动方法具体实现流程图；图8为本发明提供的一种直流风机控制器的结构图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明具体实施方式提供一种无位置传感器的直流风机的启动方法，该方法由直流风机控制系统执行，该方法的无位置传感器正弦波驱动直流风机控制系统框图如图1所示，如图1所示，本发明提供的技术方案并没有对直流风机控制系统的硬件进行改动；该方法如图2所示，包括：201、当直流风机启动后，记录电流最大相第一次变相时间T1、记录电流最大相第二次变相时间T2和电流最大相第一次变相顺序；202、依据该电流最大相变相顺序获知该直流风机的转向；203、依据公式1计算直流风机的转速绝对值；公式1其中，M0为转速绝对值，P为直流风机的极对数，T1为电流最大相第一次变相时间，T2电流最大相第二次变相时间；204、根据该直流风机的转向和转速绝对值确定该直流风机的启动模式。本发明提供的方法计算转速时依赖的是电机的极对数，而极对数对于直流电机来说属于固有参数，所以其计算时无需依赖电机的变参数，所以其具有计算准确的优点，另外，上述计算的方式简单，具有计算简单的优点。可选的，上述202实现的方法具体可以为：如电流最大相第一次变相顺序为，从U相变成V相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从U相变成W相，则确定直流风机的转向为反向；如电流最大相第一次变相顺序为，从V相变成W相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从V相变成U相，则确定直流风机的转向为反向；如电流最大相第一次变相顺序为，从W相变成U相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从W相变成V相，则确定直流风机的转向为反向。其中U相、V相、W相的电流示意图如图3所示，需要说明的是，图3中的实线为U相电流，虚线为V相电流，点划线为W相电流，U相、V相、W相两两之间相差120°角。下面结合图3来说明何种情况为电流最大相变相。当风机开始启动，首先初始化用于电流最大相第一次变换计数的定时器T1与电流最大相第二次变换计数的定时器T2，令T1=T2=0s，然后，令直流风机进入能耗制动状态，即直流风机的三相电压均为零；随后，直流风机将会由于初始转速而发电，并在UVW三相产生相位互差120度的交流电流，随着时间推移，UVW三相中的电流最大相顺序地发生更替，记录下电流最大相第一次变换的时刻T1（如图3所示，在T1之间，最大电流相为V相，在T1后，最大电流相为U相，此时的变化就叫做电流最大相变换）与电流最大相第二次变换的时刻T2。根据电流最大相的第一次变换顺序即可以判断出直流风机初始转速的方向（具体的判断方法可以参见上述202的描述）；而根据T1、T2的值以及直流风机的转向则可计算出风机初始转速ω0。针对不同的直流风机初始转速ω0，将进入不同的动作模式（具体的进入方式可以参见下述204的描述）。可选的，实现204的方法具体可以为：若初始转速ω0在区间0之内，即ωnl＜ω0＜ωpl，则对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行；若初始转速在ω0区间1之内，即ωpl＜ω0＜ωpm或ωnm＜ω0＜ωnl，则保持对直流风机能耗制动Tb秒，然后对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行。若初始转速ω0在区间2之内，即ωpm＜ω0＜ωph或ωnh＜ω0＜ωnm，则保持对直流风机能耗制动Tb秒后，对直流风机强制输入电流制动Tfb秒，然后对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行。若初始转速ω0在区间3之内，即ω0＞ωph或ω0＜ωnh，则判断风机初始转速过大，无需启动。然后，停止PWM输出，等待Tw秒后，返回开始。其中，ωpl、ωpm与ωph分别为直流风机正向低、中、高转速的阈值；而ωnl、ωnm与ωnh分别为直流风机反向低、中、高转速的阈值。其中，ω0为初始转速。上述区间的划分可以参见图4所示。如图5所示，图5给出了强制输入电流制动过程中电流、转速与时间的关系曲线。由图可见，强制输入电流制动过程可分为4个阶段，在风机进行初始转速估计与能耗制动Tb秒之后，进入强制输入电流制动的状态0。在状态0中，首先令电流矢量转速为零，并使Id逐渐递增到设定值Id*，然后电流矢量转速由ω0逐渐递增为0，Iq保持为零。状态1实现风机的定位。在状态1中，电流矢量转速为0，Id保持为Id*，而Iq保持为零。状态2实现风机的开环启动。在状态2中，电流矢量转速由0递增到ωop，Id保持为Id*，而Iq保持为零。在状态3中，风机切入闭环运行。图6是初始转速满足ωnh＜ω0＜ωnm直流风机启动的相电流波形。该波形与图5所示的强制输入电流制动过程中电流、转速与时间的关系曲线相对应。图7为本发明具体实施方式提供的一种无位置传感器的直流风机的启动方法具体流程图。本发明具体实施方式提供一种直流风机控制器800，该控制器800如图8所示，包括：记录模块801，用于当直流风机启动后，记录电流最大相第一次变相时间T1、记录电流最大相第二次变相时间T2和电流最大相第一次变相顺序；转向模块802，用于依据该电流最大相变相顺序获知该直流风机的转向；转速模块803，用于依据公式1计算直流风机的转速绝对值；公式1其中，M0为转速绝对值，P为直流风机的极对数，T1为电流最大相第一次变相时间，T2电流最大相第二次变相时间；启动模块804，用于根据所述直流风机的转向和所述转速绝对值确定该直流风机的启动模式。可选的，转向模块802具体用于：如电流最大相第一次变相顺序为，从U相变成V相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从U相变成W相，则确定直流风机的转向为反向；如电流最大相第一次变相顺序为，从V相变成W相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从V相变成U相，则确定直流风机的转向为反向；如电流最大相第一次变相顺序为，从W相变成U相，则确定直流风机的转向为正向；如电流最大相第一次变相顺序为：从W相变成V相，则确定直流风机的转向为反向；所述直流风机的三相分别为：U相、V相和W相。可选的，启动模块804具体用于：若初始转速ω0满足ωnl＜ω0＜ωpl，则对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行；若初始转速在ω0满足ωpl＜ω0＜ωpm或ωnm＜ω0＜ωnl，则保持对直流风机能耗制动Tb秒，然后对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行；若初始转速ω0满足ωpm＜ω0＜ωph或ωnh＜ω0＜ωnm，则保持对直流风机能耗制动Tb秒后，对直流风机强制输入电流制动Tfb秒，然后对直流风机进行定位和开环启动，随后切入闭环运行。若初始转速ω0满足ω0＞ωph或ω0＜ωnh，则判断风机初始转速过大，无需启动；其中，ωpl、ωpm与ωph分别为直流风机正向低、中、高转速的阈值；而ωnl、ωnm与ωnh分别为直流风机反向低、中、高转速的阈值；其中，ω0为初始转速。本发明提供的直流风机控制器在计算转速时依赖的是电机的极对数，而极对数对于直流电机来说属于固有参数，所以其计算时无需依赖电机的变参数，所以其具有计算准确的优点，另外，上述计算的方式简单，具有计算简单的优点。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。