一种无刷直流变频电机的控制系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体为一种无刷直流变频电机的控制系统。

背景技术

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品，电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构，以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载，转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大的优点。近年来，得到迅猛发展。

然而现有的无刷直流变频电机在使用过程中，当转子的旋转角位置是在180°角(死点)的电角度附近时，转子相对于将被定位的最终角度不可控，从而导致启动困难，且现有电机的速度控制主要通过相线圈的电流大小控制，但是在电机空转过程中，电机相线圈的整体电流流动没有变化，只是降低了电流的大小，仍是相线圈同时工作，从而造成电能的浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种无刷直流变频电机的控制系统，具备可控性好，有效避免死点位置，启动速度快和空转节约能源的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无刷直流变频电机的控制系统，包括主电子控制模块、供电模块、位置检测模块、电流控制模块、电压检测模块、功率识别模块、转向检测模块；

所述供电模块为主电子控制模块、位置检测模块、电流控制模块、电压检测模块、转向检测模块和功率识别模块提供电力支撑，所述位置检测模块、电流控制模块、电压检测模块、转向检测模块和功率识别模块均与主电子控制模块电连接；

所述无刷直流变频电机包块由永磁体组制成的转子和由若干相线圈组制成的定子，所述电流控制模块和相线圈电连接；

转向检测模块，用于检测转子转动方向；

功率识别模块，用于检测该无刷直流变频电机输出功率；

位置检测模块，用于检测转子外部永磁体位置信息；

电流控制模块，用于控制相线圈电流方向和电流的开关；

电压检测模块，用于检测相线圈总电路电压。

进一步优选的，所述主电子控制模块包括目标配对单元、功率配对单元、主控单元；

目标配对单元和电流控制模块电连接，用于匹配电流控制模块电流配对信息，同时将电流信息传输给电流控制模块；

功率配对单元连接功率识别模块和电流控制模块，功率识别模块确定外部输出功率，将功率是信息传输给功率配对单元，功率配对单元根据输出功率信息确定相线圈输出电流信息，同时将电流信息传输给电流控制模块；

主控单元，用于进行电流及功率的逻辑判断，确定电流输出信号和配对信息。

进一步优选的，所述电流控制模块至少包括三组电流分控单元，相线圈均为三组，分别和三组电流分控单元连接，每个电流分控模块控制一组相线圈内部电流的开关和电流流向。

进一步优选的，所述电压检测模块连接在电流控制模块主电路位置，用于判断电流控制模块电路连通信息，电机的定子部分相线圈的通电情况，若电压输出结果为是，则电机处于启动状态，若输出结果为否，则电机处于关闭状态，电压检测模块和主电子控制模块连接，电压检测模块将检测结果传输给主电子控制模块。

进一步优选的，所述电流控制模块的三组电流分控单元设置为电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C，电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C交替排布，且电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C电流控制相互独立，电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C并联在主电路上，分别设置有电流转向控制模块和独立电路控制开关。

进一步优选的，所述位置检测模块主要设置为转子外部的霍尔传感器，用于检测转子永磁体位置状态，判断永磁体的N级和S级位置，并将位置信息传递给主电子控制模块，主电子控制模块根据永磁体的N级和S级位置信息，对电机定子相线圈的电流方向与永磁体的N级和S级相适配，并将配对信息传输给电流控制模块。

进一步优选的，所述功率识别模块，用于识别外部需输出功率，确定功率Pn的大小，并将功率信息传输给主电子控制模块，主电子控制模块的功率配对单元预设有第一阈值Po和第二阈值Pt，当Pn≥Po时，则控制电流控制模块满功率输出，当Po＞Pn≥Pt，则电流控制模块指定电流输出，当Pn＜Pt时，则电流控制模块控制相线圈与永磁体向吸部分相线圈通电。

进一步优选的，所述转向检测模块包括转向方向检测单元和转向速度检测单元，转向方向检测单元用于检测转子转动方向，转向速度检测单元用于检测转子转动速度。

有益效果：

1、该无刷直流变频电机的控制系统，通过流控制单元接收配对信息，并控制电流控制模块的电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C的电流启动和电流的方向，若接收输出电流为正反双向电流，则控制永磁体转动方向前端输出异性磁极电流，永磁体转动方向后端输出同向磁极电流，若接收相线圈输出电流为单向，则控制相线圈差位单向电流输出，相邻单位永磁体的同向相线圈输入同向电流，且相邻的相线圈与永磁体之间的距离同步一个单位，从而避免死点位置，有效保证转子启动的效果和响应速度，提高转子可控性。

2、该无刷直流变频电机的控制系统，通过主电子控制模块的功率配对单元预设有第一阈值Po和第二阈值Pt，主控单元对接收功率Pn与设定第一阈值和第二阈值进行逻辑对比，当Pn≥Po时，则控制电流控制模块满功率输出，当Po＞Pn≥Pt，则电流控制模块指定电流输出，当Pn＜Pt时，则电流控制模块控制相线圈与永磁体相吸部分相线圈通电，则保持在电机空转时，单一组相线圈通电，减少电能浪费，同时保证电机转子的转动效果。

附图说明

图1为本发明整体系统示意图；

图2为本发明启动流程示意图；

图3为本发明功率识别匹配流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种无刷直流变频电机的控制系统，包括主电子控制模块、供电模块、位置检测模块、电流控制模块、电压检测模块、功率识别模块、转向检测模块；

所述供电模块为主电子控制模块、位置检测模块、电流控制模块、电压检测模块、转向检测模块和功率识别模块提供电力支撑，所述位置检测模块、电流控制模块、电压检测模块、转向检测模块和功率识别模块均与主电子控制模块电连接；

所述无刷直流变频电机包块由永磁体组制成的转子和由若干相线圈组制成的定子，所述电流控制模块和相线圈电连接；

转向检测模块，用于检测转子转动方向；

功率识别模块，用于检测该无刷直流变频电机输出功率；

位置检测模块，用于检测转子外部永磁体位置信息；

电流控制模块，用于控制相线圈电流方向和电流的开关；

电压检测模块，用于检测相线圈总电路电压。

其中，所述主电子控制模块包括目标配对单元、功率配对单元、主控单元；

目标配对单元和电流控制模块电连接，用于匹配电流控制模块电流配对信息，同时将电流信息传输给电流控制模块；

功率配对单元连接功率识别模块和电流控制模块，功率识别模块确定外部输出功率，将功率是信息传输给功率配对单元，功率配对单元根据输出功率信息确定相线圈输出电流信息，同时将电流信息传输给电流控制模块；

主控单元，用于进行电流及功率的逻辑判断，确定电流输出信号和配对信息。

其中，所述电流控制模块至少包括三组电流分控单元，相线圈均为三组，分别和三组电流分控单元连接，每个电流分控模块控制一组相线圈内部电流的开关和电流流向。

其中，所述电压检测模块连接在电流控制模块主电路位置，用于判断电流控制模块电路连通信息，电机的定子部分相线圈的通电情况，若电压输出结果为是，则电机处于启动状态，若输出结果为否，则电机处于关闭状态，电压检测模块和主电子控制模块连接，电压检测模块将检测结果传输给主电子控制模块。

其中，所述电流控制模块的三组电流分控单元设置为电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C，电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C交替排布，且电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C电流控制相互独立，电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C并联在主电路上，分别设置有电流转向控制模块和独立电路控制开关。

其中，所述位置检测模块主要设置为转子外部的霍尔传感器，用于检测转子永磁体位置状态，判断永磁体的N级和S级位置，并将位置信息传递给主电子控制模块，主电子控制模块根据永磁体的N级和S级位置信息，对电机定子相线圈的电流方向与永磁体的N级和S级相适配，并将配对信息传输给电流控制模块。

其中，所述功率识别模块，用于识别外部需输出功率，确定功率Pn的大小，并将功率信息传输给主电子控制模块，主电子控制模块的功率配对单元预设有第一阈值Po和第二阈值Pt，当Pn≥Po时，则控制电流控制模块满功率输出，当Po＞Pn≥Pt，则电流控制模块指定电流输出，当Pn＜Pt时，则电流控制模块控制相线圈与永磁体向吸部分相线圈通电。

其中，所述转向检测模块包括转向方向检测单元和转向速度检测单元，转向方向检测单元用于检测转子转动方向，转向速度检测单元用于检测转子转动速度。

实施例一

参阅图2，该无刷直流变频电机启动步骤包括：

S1、主电子控制模块接收启动命令，供电模块为系统供电，同时位置检测模块检测转子永磁体位置状态，判断永磁体的N级和S级位置，并将位置信息传递给主电子控制模块；

S2、转向检测模块检测转子初始状态，若转子初始状态为转动的，则输出结果为Z1，若转子初始状态为静止的，则输出结果为Z0，同时将转子转动状态传输给电子主控模块；

S3、主电子控制模块的主控单元接受位置信息，并根据永磁体的N级和S级位置信息，通过目标配对单元对电机定子相线圈的电流方向与永磁体的N级和S级相适配，且若主控单元接收转子初始状态为Z1，则相线圈同步输入正反电流流向，若主控单元接收转子初始状态为Z0，则相线圈输出电流为单向，并将配对信息传输给电流控制模块；

S4、电流控制单元接收配对信息，并控制电流控制模块的电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C的电流启动和电流的方向，若接收输出电流为正反双向电流，则控制永磁体转动方向前端输出异性磁极电流，永磁体转动方向后端输出同向磁极电流，若接收相线圈输出电流为单向，则控制相线圈差位单向电流输出，相邻单位永磁体的同向相线圈输入同向电流，且相邻的相线圈与永磁体之间的距离同步一个单位；

S5、电压检测模块检测主电路电压，若电压输出结果为是，则电机处于启动状态，若输出结果为否，则电机处于关闭状态，同时将检测结果传输给主电子控制模块，主电子控制模块确定定子相线圈工作状态；

S6、转向检测模块同步检测转子的转动方向和转速。

实施例二

参阅图3，该无刷直流变频电机转动或启动时，还包括对输出功率的判断，具体步骤包括：

D1、功率识别模块识别外部需输出功率，确定功率Pn的大小，并将功率信息传输给主电子控制模块。

D2、主电子控制模块的功率配对单元预设有第一阈值Po和第二阈值Pt，主控单元对接收功率Pn与设定第一阈值和第二阈值进行逻辑对比，当Pn≥Po时，则控制电流控制模块满功率输出，当Po＞Pn≥Pt，则电流控制模块指定电流输出，当Pn＜Pt时，则电流控制模块控制相线圈与永磁体相吸部分相线圈通电；

D3、电流控制单元接收配对信息，并控制电流控制模块的电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C的电流启动和电流的方向，Pn＜Pt时，则说明电机处于空转状态，对扭矩要求低，则电流控制模块控制电流分控单元A、电流分控单元B和电流分控单元C交替单一工作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。