[實用新型]一種無刷直流電機功率變換電路

有效

• 申請號: 201320228288.9
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN203251260U
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 孫冠群
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種無刷直流電機功率變換電路，能夠抑制無刷直流電機繞組換相時產生的轉矩脈動的功率變換電路。

背景技術

無刷直流電機的轉矩脈動問題一直是阻礙其在某些領域應用的瓶頸，關于其轉矩脈動的研究和實踐近年來也一直是國內外的熱點。其中在電機不同繞組間換相時產生的轉矩脈動最為明顯。

繞組換相時轉矩脈動產生的根本原因，是關斷相與開通相的兩個電流下降與升高的不同步，斜率不同，從而造成了合成的電流波形在此處產生波動，影響電機的輸出轉矩發生脈動。

在相關理論上，如果要讓關斷相與開通相的電流變化同步，必需要讓其功率變換器的逆變主電路供電直流電源電壓與電機繞組反電動勢成固定比例關系，而一般電機反電動勢大小與轉速成一定比例關系，也就是說供電電源大小要跟隨電機速度而變化，并滿足一定比例關系，則可抑制換相時的轉矩脈動問題。

發明內容

基于以上的背景，本實用新型提出一種基于CUK變換器的新型功率變換主電路形式，配合一定控制方式時可實現無刷直流電機換相轉矩脈動的抑制。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

該新型功率變換電路包括CUK變換器、逆變主電路、轉換開關S2、S3、S4，以及供電電源和無刷直流電機繞組。逆變主電路控制無刷直流電機三相繞組的換相，在換相之前，控制轉換開關S2與S4斷開、同時S3閉合，恒直流電源U_s通過CUK變換器輸出的直流電壓U₀作為逆變主電路即電機繞組的電源，電壓U₀的大小取決于電機的速度值，根據傳感器采集的速度值調節CUK變換器的開關S1，進而調節了U₀值；當換相結束后，S2與S4閉合同時S3斷開，逆變主電路由恒流源U_s直接供電。

本實用新型的有益效果是，在換相期間，采用此電路和控制模式之后，換相期間的開通與關斷相的電流將沿著相同的斜率上升與下降，合成電流的波動將大大減小，而繞組電流與轉矩之間是滿足一定條件下成近似正比關系的，從而也就抑制了轉矩脈動。

附圖說明

圖1所示為無刷直流電機繞組間換相時，不同的供電電壓與反電動勢之間關系得到的不同的合成電流波形。

其中：i_a、i_b、i_c分別表示關斷相、開通相、和合成電流；t₁和t₂分別表示關斷相關斷時間和開通相開通時間；E表示反電動勢；U_d為供電相電壓。

圖2為本實用新型提出的無刷直流電機新型功率變換器主電路。

其中：VT1-VT6為六只開關管；BLDCM是無刷直流電機的簡稱；兩個虛線框內分別為CUK變換器與逆變主電路。

具體實施方式

圖1的(a)(b)(c)三個子圖，表征了在不同的供電電壓與四倍反電動勢關系時的合成電流情況。若U_d≠4E，當逆變主電路的開關管導通狀態變化而進入換相階段時，由于電樞繞組電感的影響，電流不能突變，關斷相和開通相電流變化速率不同是引起換相轉矩脈動的根本原因。

(1)當U_d＝4E時，t₁＝t₂，換相期間轉矩不變；

(2)當U_d＞4E時，t₁＞t₂，換相期間轉矩增大；

(3)當U_d＜4E時，t₁＜t₂，換相期間轉矩減小。

電流變化率由直流側供電電壓U_d和反電動勢E共同決定，而E與轉速成正比，通過檢測電機的實時速度值，即可較為準確的把握E值；通常情況下，直流側電壓U_d往往保持不變，而電機的速度變化促使E變化，調速時不能始終滿足U_d＝4E，因此在換相時的轉矩脈動就比較明顯。

而圖2的新型功率變換器主電路中，增加了CUK變換器，該變換器的可以在輸入直流電壓不變的前提下，通過控制S1的開關占空比，改變輸出直流電壓U₀的大小，如果此時S3再閉合，則U₀＝U_d就是逆變電源電壓。

根據CUK斬波電路的輸入輸出關系