[發明專利]一種高速無刷直流電動機無位置傳感器控制系統

有效

• 申請號: 201310209951.5
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103248291A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 房建成;何延昭;孫津濟;鄭世強;韓邦成
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及高速無刷直流電動機控制系統，特別是采用無位置傳感器控制方式下低渦流損耗控制系統，可作為制冷壓縮機、天然氣管道壓縮機、曝氣機等大功率高速設備用大功率電動機的一種控制系統。

背景技術

制冷壓縮機、天然氣管道壓縮機、曝氣機等高速設備用高速無刷直流電動機通常具有小電樞電感的特點。小電樞電感無刷直流電動機容易出現電樞電流高次諧波豐富，高速旋轉渦流損耗大的問題。

目前，應用于壓縮機、曝氣機的高速無刷直流電動機功率達100kW(32000r/min),甚至315kW(20000r/min)。以專利201010130643.X和專利200610011577.8為代表的高速無刷直流電動機的控制系統通常為中小功率等級電機控制系統，不能滿足高速無刷直流電動機電能調制需求。并且，專利201010130643.X所提出的高速無刷直流電機控制系統基于霍爾傳感器，但霍爾傳感器不適用于高溫等惡劣工況的環境，因此，需采用無位置傳感器控制系統。專利200610011577.8提出了一種高速無刷直流電動機無位置傳感器控制系統，由于無大功率電能調制，所以有電能供給不足的問題，因此該系統不適用于大功率高速無刷直流電動機的無位置傳感器控制。專利201210124755.3提出了一種用于高速大功率電動機控制電路用的無損緩沖電路，由于該電路僅作為一個電力變換裝置，未提出無刷直流電動機在無位置傳感器控制方式下的正確換相和低渦流損耗運行方式，因此，不能確保有效降低高速電機的渦流損耗。通用變頻器為提高電機驅動性能，需要辨識電動機的參數。由于高速無刷直流電動機具有小電樞電感的特點，因此通用變頻器無法識別無刷直流電動機的參數，導致不能正確計算電機轉子位置，不能正確完成無刷直流電動機的換相，因此通用變頻器不能完成具有小電樞電感特點的高速無刷直流電動機的無位置傳感器控制。

因此，現有的電動機控制系統仍不能解決高速無刷直流電動機電能調制需求和無位置傳感器高速旋轉正確換相的問題，不能滿足高速無刷直流電動機高速旋轉時低渦流損耗的需求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：解決現有的高速無刷直流電動機高速旋轉時相電流諧波含量高的問題；提出一種針對高速無刷直流電動機的無位置傳感器控制系統，該系統具有電動機高速旋轉時換相邏輯正確、相電流諧波含量低、渦流損耗低的優點。

本發明的技術解決方案是：一種高速無刷直流電動機無位置傳感器控制系統，包括全控三相整流橋、薄膜電容組、三相三重斬波器、母線電流傳感器、三相逆變橋、高速無刷直流電動機、線反電動勢過零點信號檢測電路、數字控制器、母線電壓傳感器、相電流傳感器。三相動力電經全控三相整流橋整流輸出直流電壓并由薄膜電容組濾波，然后送入三相三重斬波器，經高頻調制輸出直流電壓U，U由母線電壓傳感器檢測，U串聯母線電流傳感器后輸入到三相逆變橋。三相逆變橋輸出的三相電流經相電流傳感器檢測后驅動高速無刷直流電動機旋轉。母線電壓傳感器輸出電壓模擬信號和母線電流傳感器輸出電流模擬信號共兩路模擬信號送入數字控制器的AD轉換接口進行模數轉換。數字控制器依據母線電流傳感器、相電流傳感器和線反電動勢過零點信號檢測電路的反饋信號，采用電壓和電流閉環控制實時調節全控三相整流橋和三相三重斬波器的九路PWM調制信號占空比進行三相逆變橋母線電壓和電流雙閉環控制，進而實現高速無刷直流電動機旋轉的電能調制。數字控制器依據給定的三路電動機相電流波形和反饋的三路相電流波形誤差生成三相逆變橋換相邏輯進行高速無刷直流電動機旋轉相波形跟蹤控制。同時，數字控制器的CAP接口捕獲線反電動勢過零點信號檢測電路輸出的三路線反電動勢過零點信號，作為三相逆變橋換相邏輯補償判斷信號，向三相逆變橋輸出實時補償的六路邏輯換相邏輯信號。

本發明的原理是：本發明介紹了一種高速無刷直流電動機無位置傳感器控制系統。本發明首先利用全控三相整流橋、三相三重斬波器實現電能調制；然后利用數字控制器實時調節三相逆變橋換相邏輯進行電動機旋轉相電流跟蹤控制；同時，利用數字控制器CAP接口實時捕獲線反電動勢過零點信號檢測電路輸出的三路線反電動勢過零點信號并作為三相逆變橋換相邏輯補償判斷信號以完成電動機無位置傳感器換相補償，從而實現了高速無刷直流電動機無位置傳感器控制。