一种基于无传感器磁场定向控制的风机控制器的制作方法

1.本实用新型涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于无传感器磁场定向控制的风机控制器。


背景技术：

2.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，广泛应用于工业设备、仪器仪表、家用电器、机器人、医疗设备等各个领域，其具有无极调速、调速范围广、过载能力强、线性度好、使用寿命长、体积小、重量轻、出力大等优点。
3.目前，主流的无刷直流电机控制方式通常采用无感方波控制，即pwm占空比控制，主要是利用反电动势过零点的方式来得到换相信号，其中反电动势过零点的信号与电机的换相信号在相位上相差30
°
。通常采用硬件比较器法或软件端电压采样法得到反电动势过零的信号。这两种方法都是将检测得到的端电压的值与电机中性点电压进行比较来得到反电动势过零点的信号，但无感方波控制通常会伴随着噪声大、转矩脉动大、驱动电流的峰值较高、低速和启动性能较差等缺点，同时对电机电流的大小的控制精确度较低，因此亟需提出一种基于无传感器磁场定向控制的风机控制器来克服现有技术中出现的上述问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，具体技术方案如下所示：
5.本实用新型提供一种基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，包括：
6.一电源模块，所述电源模块连接一市电端；
7.一主控模块，所述主控模块通过一电压采样电路连接所述电源模块；
8.一逆变器，分别连接所述电源模块和所述主控模块，所述逆变器具体包括：
9.一功率单元，分别连接所述电源模块和所述主控模块，所述功率单元具有用于连接风机的节点；
10.一电流采样单元，分别连接所述主控模块和所述功率单元；
11.一过流保护模块，分别连接所述主控模块和所述电流采样单元；
12.一通信模块，连接所述主控模块；
13.一外部调速模块，连接所述主控模块。
14.优选地，所述电源模块包括：
15.一整流滤波单元，连接所述市电端；
16.一稳压单元，连接所述整流滤波单元。
17.优选地，所述主控模块包括：
18.一反馈控制单元，所述反馈控制单元的输入端连接所述外部调速模块的输出端；
19.一第一线性控制单元，所述第一线性控制单元的输入端连接所述反馈控制单元的输出端；
20.一派克逆变换单元，所述派克逆变换单元的输入端分别连接所述第一线性控制单元的输出端；
21.一第二线性控制单元，所述第二线性控制单元的输出端连接所述派克逆变换单元的输入端；
22.一空间矢量脉宽调制单元，所述空间矢量脉宽调制单元的输入端连接所述派克逆变换单元的输出端，所述空间矢量脉宽调制单元的输出端连接所述功率单元；
23.一派克变换单元，所述派克变换单元的输出端分别连接所述第一线性控制单元的输入端和所述第二线性控制单元的输入端，所述派克变换单元连接所述派克逆变换单元，且派克逆变换单元和派克变换单元之间具有第四节点；
24.一克拉克变换单元，所述克拉克变换单元的输入端连接于所述风机的输入端，所述克拉克变换单元的输出端连接所述派克变换单元；
25.一观测器，所述观测器的输入端分别连接所述空间矢量脉宽调制单元的输出端和所述派克变换单元的输入端，所述观测器的输出端连接所述第四节点和所述反馈控制单元的输入端。
26.优选地，所述功率单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；
27.所述第一开关管、所述第三开关管和所述第五开关管的漏极分别连接所述电源模块的正供电端；
28.所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管的栅极均分别连接所述主控模块的电机控制脉冲宽度调制信号输出端口；
29.所述第二开关管的源极连接所述第五开关管的漏极，所述第二开关管的源极和所述第五开关管的漏极之间具有所述第一节点；
30.所述第四开关管的源极连接所述第一开关管的漏极，所述第四开关管的源极和所述第二开关管的漏极之间具有所述第二节点；
31.所述第六开关管的源极连接所述第三开关管的漏极，所述第六开关管的源极和所述第三开关管的漏极之间具有所述第三节点。
32.优选地，所述电流采样单元包括：
33.一第一采样电阻，所述第一采样电阻的两端分别连接所述第四开关管的漏极和所述电压模块的负供电端端；
34.一第二采样电阻，所述第二采样电阻的两端分别连接所述第六开关管的漏极和所述负供电端端；
35.一第三采样电阻，所述第三采样电阻的两端分别连接所述第二开关管的漏极和所述负供电端端。
36.优选地，所述主控模块还包括：
37.一比较器，连接所述过流保护模块；
38.一放大器，连接所述电流采样单元。
39.优选地，所述逆变器为三相逆变器。
40.优选地，所述通信模块和所述外部调速模块采用光耦器件隔离。
41.优选地，所述主控模块采用hcm140芯片。
42.本技术方案具有如下优点或有益效果：
43.本技术方案通过主控模块内置比较器，简化了主控模块的外围电路，降低了成本，提高了电路的抗干扰性，稳定性提高；通信模块和外部调速模块采用光耦器件隔离，保证在高电压下能够安全使用，提高了控制器的安全性；采用过流保护电路限流，当电机电流过大时完成电机的紧急停机功能，保护电路不被损坏，延长设备的使用期限。
附图说明
44.图1为本实用新型一种基于无传感器磁场定向控制的风机控制器的结构示意图；
45.图2为本实用新型中的主控模块具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
46.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
47.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
48.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
49.针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，具体技术方案如下所示：
50.本实用新型提供一种基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，属于电机控制领域，如图1所示，包括：
51.一电源模块2，电源模块2连接一市电端0；
52.一主控模块3，主控模块3通过一电压采样电路2连接电源模块2；
53.一逆变器4，分别连接电源模块2和主控模块3，逆变器4具体包括：
54.一功率单元41，分别连接电源模块2和主控模块3，功率单元41具有用于连接风机的第一节点；
55.一电流采样单元42，分别连接主控模块3和功率单元41；
56.一过流保护模块5，分别连接主控模块3和电流采样单元42；
57.一通信模块6，连接主控模块3；
58.一外部调速模块7，连接主控模块3。
59.具体的，在本实施例中，风机控制器包括电源模块2、主控模块3、电压采样电路2、逆变器4、过流保护模块5、通信模块6、外部调速模块7；逆变器4具体包括功率单元41和电流采样单元42，主控模块3采用hc32m140芯片；
60.其中，电源模块2包括整流滤波单元和稳压单元，市电端0的220v的交流电压输入电源模块2中，经整流滤波后，交流电变成vdc直流电，输入稳压管中，稳压管用于为逆变器4提供稳定的电压；电压采样电路2包括两分压电阻，稳压管输出的电压经过分压电阻分压
后，送入主控模块3的模数输入输出端口；
61.通信模块6采用uart接口，外部信号通过uart接口与主控模块3实现数据交互；
62.外部调速模块7连接主控模块3的模数转换端口，外部调速模块7包括外部输入的脉宽调制信号(pulse width modulation，pwm)、功率控制信号pwc或模数转换信号(analog
‑
to
‑
digital converter，adc)，经模数转换端口输入主控模块3，实现主控模块3的调试功能；
63.逆变器4具体包括功率单元41和电流采样单元42，从主控模块3的六个电机控制pwm输出端口(pwm00、pwm01
…
pwm05)分别输出开关信号，至功率单元41，经开关管s1～s6将直流电压转换为交流电压，将两相电压转化为三相电压，进而控制风机的运行，实现控制风机的速度；
64.电流采样单元42连接主控模块3的内部放大器，电流采样单元42包括三个采样电阻，分别连接开关管s1～s6，将采集的三相电路输入内部放大器中，实时监测三相电流；
65.过流保护模块5连接主控模块3的内部比较器，过流保护模块5包括三个过流保护电阻，分别连接于采样电阻和对应的开关管s1～s6之间，当三相电流过大时，三相电流分别经过上述过流保护电阻限流，输入内部比较器，使内部比较器翻转，进而保护控制器不被损坏。
66.作为优选的实施方式，该基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，其中主控模块3，即hc32m140芯片内部包括反馈控制单元31、第一线性控制单元32、第二线性控制单元33、派克逆变换单元34、派克变换单元36、空间矢量脉宽调制单元35、克拉克变换单元37和位置传感器38；
67.其中，反馈控制单元31的输入端连接外部调速模块7的输出端，反馈控制单元31包括pid控制器；第一线性控制单元32的输入端连接反馈控制单元31的输出端；派克逆变换单元34的输入端分别连接第一线性控制单元32的输出端和第二线性控制单元33的输出端，其中第一线性控制单元32和第二线性控制单元33均为pi控制器；空间矢量脉宽调制单元35的输入端连接派克逆变换单元34的输出端，空间矢量脉宽调制单元35的输出端连接逆变器4的功率单元41；派克变换单元36的输出端分别连接第一线性控制单元32的输入端和第二线性控制单元33的输入端，派克逆变换单元34连接派克变换单元36，且派克逆变换单元34和派克变换单元36之间具有第四节点；克拉克变换单元37的输入端连接于功率单元41和风机之间，克拉克变换单元37的输出端连接派克变换单元36；位置传感器38或观测器的输入端分别连接空间矢量脉宽调制单元35的输出端和派克变换单元36的输入端，位置传感器38或观测器的输出端连接第四节点和反馈控制单元31的输入端；
68.空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，svpwm)的主要以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器4不同开关模式作适当的切换，从而形成pwm波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。svpwm方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，便于微处理器的实时控制。
69.作为优选的实施方式，该基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，其中功率单元41包括第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4、第五开关管s5和第六开关管s6；
70.第一开关管s1、第三开关管s3和第五开关管s5的漏极分别连接电源模块1的正供
电端；
71.第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4、第五开关管s5和第六开关管s6的栅极均分别连接主控模块3的电机控制脉冲宽度调制信号输出端口；
72.第二开关管s2的源极连接第五开关管s5的漏极，第二开关管s2的源极和第五开关管s5的漏极之间具有第一节点；
73.第四开关管s4的源极连接第一开关管s1的漏极，第四开关管s4的源极和第二开关管s2的漏极之间具有第二节点；
74.第六开关管s6的源极连接第三开关管s3的漏极，第六开关管s6的源极和第三开关管s3的漏极之间具有第三节点。
75.作为优选的实施方式，该基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，其中电流采样单元42包括：
76.一第一采样电阻，第一采样电阻的两端分别连接第四开关管s4的漏极和电压模块1的负供电端端；
77.一第二采样电阻，第二采样电阻的两端分别连接第六开关管s6的漏极和负供电端端；
78.一第三采样电阻，第三采样电阻的两端分别连接第二开关管s2的漏极和负供电端端。
79.作为优选的实施方式，该基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，其中逆变器4为三相逆变器4。
80.作为优选的实施方式，该基于无传感器磁场定向控制的风机控制器，其中通信模块6和外部调速模块7采用光耦器件隔离，使用隔离的方式进行搭建，保证在高电压下也能安全使用，提高了控制器的安全性。
81.本技术方案具有如下优点或有益效果：
82.本技术方案通过主控模块内置比较器，简化了主控模块的外围电路，降低了成本，提高了电路的抗干扰性，稳定性提高；通信模块和外部调速模块采用光耦器件隔离，保证在高电压下能够安全使用，提高了控制器的安全性；采用过流保护电路限流，当电机电流过大时完成电机的紧急停机功能，保护电路不被损坏，延长设备的使用期限。
83.以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。