阅读说明：本技术 一种小功率永磁同步电机控制器及控制方法 (Low-power permanent magnet synchronous motor controller and control method ) 是由 杨飞 杨正秋 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了小功率永磁同步电机控制器及控制方法,控制器包括电源、单片机、电压检测、H桥驱动芯片。所述单片机与同步电机之间连接有H桥驱动芯片,所述H桥驱动芯片采用两组独立的SPWM信号分别控制同步电机两个线圈。所述H桥驱动芯片采用四组同步互补型PWM作为输出调制波,形成2组双极式SPWM信号,即在每组对应得半个正弦周期内只有上或下桥臂的开关管反复通断,在整个周期内,上下桥臂交替导通与关断,即上通下断,下通上断的状态反复切换；调节正弦波形周期的方式调节电机旋转速度,通过调节每个PWM的占空比调整输出电流大小,以控制电机扭力。本发明采用成熟的电子元件,降低了适用于小功率同步电机的变频器的生产成本,适于大规模推广。(The invention discloses a controller and a control method of a low-power permanent magnet synchronous motor. An H-bridge driving chip is connected between the single chip microcomputer and the synchronous motor, and the H-bridge driving chip respectively controls two coils of the synchronous motor by adopting two groups of independent SPWM signals. The H-bridge driving chip adopts four groups of synchronous complementary PWM as output modulation waves to form 2 groups of bipolar SPWM signals, namely, only the switching tubes of the upper bridge arm or the lower bridge arm are repeatedly switched on and off in each group corresponding to a half sine period, and the upper bridge arm and the lower bridge arm are alternately switched on and off in the whole period, namely, the states of the upper bridge arm, the lower bridge arm and the upper bridge arm are repeatedly switched; the rotating speed of the motor is adjusted by adjusting the sine wave period, and the output current is adjusted by adjusting the duty ratio of each PWM so as to control the torque force of the motor. The invention adopts mature electronic elements, reduces the production cost of the frequency converter suitable for the low-power synchronous motor and is suitable for large-scale popularization.)

一种小功率永磁同步电机控制器及控制方法

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种小功率永磁同步电机控制器及控制方法。

背景技术

电机是电力领域中最大的消费者。根据国际能源署的一个新分析，它们占大约三分之二的工业功耗和大约45％的全球功耗。目前，为了根据实际情况的需要而改变转速，目前的大功率电机，如几百瓦至几十千万功率的电机，都设置有变频器，利用变频器对电机的转速进行控制。然而，目前应用在电机上的变频器造价不菲，为了实现无段变速和反转功能，价格在一百五十元人民币以上。

而对于小功率同步电机，如功率为几瓦至几十瓦的电机，如投影幕布同步电机、电动餐桌驱动电机等，也会根据使用工况，有变速的需要，但现有的变频器价格较为昂贵。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是现有变频器价格昂贵，用于小功率同步电机不经济。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种小功率永磁同步电机控制器，包括电源、单片机、电压检测、H桥驱动芯片，

所述电源为交流市电，经过开关电源电路降压为所述直流减速电机所需电压的直流电，所述电源与单片机之间设置有保险丝，所述单片机与同步电机之间连接有H桥驱动芯片，所述H桥驱动芯片采用两组独立的SPWM信号分别控制同步电机两个线圈，

所述H桥驱动芯片采用四组同步互补型PWM作为输出调制波，形成2组双极式SPWM信号，即在每组对应得半个正弦周期内只有上或下桥臂的开关管反复通断，在整个周期内，上下桥臂交替导通与关断，即上通下断，下通上断的状态反复切换。调节正弦波形周期的方式调节电机旋转速度，通过调节每个PWM的占空比调整输出电流大小，以控制电机扭力，

所述单片机通过无线遥控器或按键接收控制指令，所述控制指令包括正转、反转、启动与停止，对同步电机进行相应控制，

所述H桥驱动芯片与同步电机之间安装有电流检测电路，电流检测电路检测同步电机的电流变化，电流检测电路与单片机连接，单片机对同步电机转速进行调节，

所述单片机上还连接有电压检测电路，单片机通过OLED进行参数显示。

进一步地，所述控制指令通过射频接收单元或按键单元接收，所述射频接收单元接收遥控器的信号，所述按键单元通过导线安装在所述电源和开关电源电路之间。

进一步地，所述电源为电压是85—265V交流电源适配器转换成24V直流电压源，开关电源电路将直流24V电变为12V直流电，所述LDO稳压器将12V电压降为5V。

进一步地，所述单片机与掉电检测电路连接。

相应地，公开一种小功率永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：

S1.黑屏时按除“刹车”键外任意键进入设置模式。

S2.在设置模式下按“加速”短按一次速度减少0.1Hz，长按1S以上，每秒减少1Hz。

S3.在设置模式下按“减速”短按一次速度增加0.1Hz，长按1S以上，每秒增加1Hz。

S4.在设置模式下按“反转”电机切换转向。

S5.在设置模式下按“启/停”键，电机未转情况下开始转动，如电机在转动，则任意模式下电机都停止转动，停止转动情况下，电机会受外力影响而转动。

S6.刹车模式下，电机能持续保持一定的阻力，以保证电机刹停在某一位置。

S7.遥控器控制时不需要在设置模式下操作，任意时刻均可操作。

本发明的有益效果是：

本发明所述一种小功率永磁同步电机控制器及控制方法，通过调节正弦波形周期的方式调节电机旋转速度，通过调节每个PWM的占空比调整输出电流大小，以控制电机扭力。本发明成本更低，本发明采用成熟的电子元件，大幅度降低了适用于小功率同步电机的变频器的生产成本，适于大规模推广。

附图说明

图1为本发明所述的小功率永磁同步电机控制器的SPWM信号等效图；

图2为本发明所述的小功率永磁同步电机控制器的连接示意图；

图3为本发明所述的小功率永磁同步电机控制器的H桥驱动芯片的电路图；

图4为本发明所述的小功率永磁同步电机控制器的单片机的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述一下本发明的具体内容。

如图2所示，一种小功率永磁同步电机控制器，包括电源、单片机、电压检测、H桥驱动芯片。

所述电源为交流市电，经过开关电源电路降压为所述直流减速电机所需电压的直流电，所述电源与单片机之间设置有保险丝，所述单片机与同步电机之间连接有H桥驱动芯片，所述H桥驱动芯片采用两组独立的SPWM信号分别控制同步电机两个线圈。

如图3、4所示，所述H桥驱动芯片采用四组同步互补型PWM作为输出调制波，形成2组双极式SPWM信号，即在每组对应得半个正弦周期内只有上或下桥臂的开关管反复通断，在整个周期内，上下桥臂交替导通与关断，即上通下断，下通上断的状态反复切换。调节正弦波形周期的方式调节电机旋转速度，通过调节每个PWM的占空比调整输出电流大小，以控制电机扭力。所述单片机通过无线遥控器或按键接收控制指令，所述控制指令包括正转、反转、启动与停止，对同步电机进行相应控制。

所述H桥驱动芯片与同步电机之间安装有电流检测电路，电流检测电路检测同步电机的电流变化，电流检测电路与单片机连接，单片机对同步电机转速进行调。所述单片机上还连接有电压检测电路，单片机通过OLED进行参数显示。

进一步地，所述控制指令通过射频接收单元或按键单元接收，所述射频接收单元接收遥控器的信号，所述按键单元通过导线安装在所述电源和开关电源电路之间。

进一步地，所述电源为电压是85—265V交流电源适配器转换成24V直流电压源，开关电源电路将直流24V电变为12V直流电，所述LDO稳压器将12V电压降为5V。

进一步地，所述单片机与掉电检测电路连接。

相应地，公开一种小功率永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：

S1.黑屏时按除“刹车”键外任意键进入设置模式。

S2.在设置模式下按“加速”短按一次速度减少0.1Hz，长按1S以上，每秒减少1Hz。

S3.在设置模式下按“减速”短按一次速度增加0.1Hz，长按1S以上，每秒增加1Hz。

S4.在设置模式下按“反转”电机切换转向。

S5.在设置模式下按“启/停”键，电机未转情况下开始转动，如电机在转动，则任意模式下电机都停止转动，停止转动情况下，电机会受外力影响而转动。

S6.刹车模式下，电机能持续保持一定的阻力，以保证电机刹停在某一位置。

S7.遥控器控制时不需要在设置模式下操作，任意时刻均可操作。

本发明的工作原理：

本发明所述的小功率永磁同步电机控制器设备针对交流永磁同步电机的变频调速问题，用2组独立的SPWM信号分别控制电机两个线圈，系统结构简单、调速平稳、性价比高。

设计采用四组同步互补型PWM作为输出调制波，形成2组双极式SPWM信号，即在每组对应得半个正弦周期内只有上(下)桥臂得开关管反复通断，在整个周期内，上下桥臂交替导通与关断，即上通下断，下通上断的状态反复切换。等效图如图1所示。

本发明设计包含以下功能：

1)OLED参数显示；

2)按键参数设置；

3)遥控调节；

4)转速调节(对应频率0.1Hz—60Hz)；

5)扭力调节；

6)电机刹车功能；

7)转向调节；

8)过流，过压保护；

9)电机堵转保护；

10)线圈短路、断路保护。

综上所述，本发明采用成熟的电子元件，大幅度降低了适用于小功率同步电机的变频器的生产成本，适于大规模推广。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。