[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于無(wú)刷直流電機(jī)的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410172807.3
• 申請(qǐng)日: 2014-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103973180A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏長(zhǎng)亮;李新旻;陳煒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P6/18
• 分類(lèi)號(hào): H02P6/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 溫國(guó)林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)刷直流電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于無(wú)刷直流電機(jī)的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方法，本發(fā)明完成了無(wú)刷直流電機(jī)的換相或其他控制功能，適合于無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行無(wú)位置傳感器控制或其他依賴(lài)于反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的無(wú)刷直流電機(jī)控制操作。

背景技術(shù)

無(wú)刷直流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)刷直流電機(jī)的位置傳感器增大了電機(jī)體積，其安裝精度將直接影響無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行性能。在高溫、高壓、濕度灰塵大的惡劣工況下，位置傳感器亦將限制無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用。

反電勢(shì)法是實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制的常用方法之一，其關(guān)鍵在于檢測(cè)反電勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)。J.Shao和D.Nolan等提出了直接反電勢(shì)法(IEEE Trans.Ind.Appl,vol.39,no.6,pp.1734–1740,2003年11/12月)，直接反電勢(shì)法在零矢量作用時(shí)檢測(cè)斷開(kāi)相端電壓和參考零電平的大小關(guān)系，如果檢測(cè)結(jié)果相對(duì)上一個(gè)周期發(fā)生跳變則觸發(fā)過(guò)零點(diǎn)信號(hào)。直接反電勢(shì)法不使用電流傳感器，無(wú)需構(gòu)造虛擬中性點(diǎn)，避免了由低通濾波器帶來(lái)的相移問(wèn)題。但是，在電機(jī)高速運(yùn)行區(qū)間，零矢量的脈沖寬度很窄，將導(dǎo)致反電勢(shì)法難以實(shí)現(xiàn)。

Y.S.Lai和F.S.Shyu等提出了在有效矢量作用時(shí)進(jìn)行檢測(cè)的方法(Proc.IEEE IECONConf.,2003,pp.2144–2149)，該方法的有效矢量占空比可達(dá)到1，直流電源電壓利用率得到了保證，適合于電機(jī)高速運(yùn)行。但是，電機(jī)低速運(yùn)行區(qū)間，有效矢量的脈沖寬度很窄，該方法亦難以實(shí)現(xiàn)。

Jianwen Shao在美國(guó)專(zhuān)利US7301298B2提出了根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速高低分別在零矢量和有效矢量作用時(shí)進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)。該方法可以使無(wú)刷直流電機(jī)在較寬的速度范圍內(nèi)運(yùn)行，并保證了直流電源電壓利用率。但是，檢測(cè)點(diǎn)需要根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行切換。Y.S.Lai和Y.K.Lin提出了根據(jù)不同的調(diào)制方式設(shè)置了對(duì)應(yīng)的參考電平(IEEE Trans.Power Electron,vol.26,no.6,pp.1704–1713,2011年6月)，從而使改進(jìn)的直接反電勢(shì)法適用于多種調(diào)制方式。

為了提高過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)精度，J.Shao和D.Nolan提出了基于互補(bǔ)PWM調(diào)制的直接反電勢(shì)法(Proc.IEEE APEC,2003,pp.300–305)，互補(bǔ)PWM調(diào)制的零矢量以?xún)蓚€(gè)MOS管作為續(xù)流通道，這有助于降低功率器件導(dǎo)通損耗，也可避免因反并聯(lián)二極管導(dǎo)通壓降導(dǎo)致的檢測(cè)誤差，同時(shí)還能避免輕載工況下電流斷續(xù)對(duì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的影響。但是，互補(bǔ)PWM調(diào)制需要考慮死區(qū)的設(shè)置。

已有的直接反電勢(shì)法及其改進(jìn)方法用于無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)依然存在一些問(wèn)題：反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)和無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速兩個(gè)控制過(guò)程之間相互影響；在零矢量作用下進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)將限制直流電源電壓利用率；在有效矢量作用下進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)需要對(duì)斷開(kāi)相端電壓進(jìn)行分壓衰減，這將降低信噪比，帶來(lái)一定的檢測(cè)誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于無(wú)刷直流電機(jī)的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方法，本發(fā)明將反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)和無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速兩個(gè)控制過(guò)程分離，直通矢量不直接參與電機(jī)調(diào)速，而有效矢量和零矢量被專(zhuān)用于電機(jī)調(diào)速，詳見(jiàn)下文描述：

一種用于無(wú)刷直流電機(jī)的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方法，所述方法包括以下步驟：

在直流電源和三相橋式逆變器之間設(shè)置一個(gè)可避免直通矢量作用下電源正負(fù)極發(fā)生短路的二端口電路網(wǎng)絡(luò)；

在直通矢量作用下利用比較器電路或?qū)Ｓ眯酒瑢?duì)無(wú)刷直流電機(jī)端電壓的電平進(jìn)行周期性過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)；

有效矢量和零矢量被專(zhuān)用于無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速或其他控制。

所述無(wú)刷直流電機(jī)采用六步換相驅(qū)動(dòng)策略，在每一步中，無(wú)刷直流電機(jī)只有兩相存在驅(qū)動(dòng)電流，另外一相不存在驅(qū)動(dòng)電流，存在驅(qū)動(dòng)電流的電機(jī)定子繞組及三相橋式逆變器對(duì)應(yīng)橋臂被稱(chēng)為導(dǎo)通相，不存在驅(qū)動(dòng)電流的電機(jī)定子繞組及三相橋式逆變器對(duì)應(yīng)橋臂被稱(chēng)為斷開(kāi)相。

所述直通矢量由三相橋式逆變器的導(dǎo)通兩相的上、下橋臂兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通而產(chǎn)生，或，

由導(dǎo)通兩相的四個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通而產(chǎn)生，或，

由并聯(lián)在三相橋式逆變器輸入端的獨(dú)立開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通而產(chǎn)生，

上述三種方式應(yīng)控制斷開(kāi)相的上、下橋臂兩個(gè)開(kāi)關(guān)管保持關(guān)斷。

所述周期性過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)具體為：在每個(gè)調(diào)制周期都將直通矢量作用下的斷開(kāi)相端電壓與參考電平進(jìn)行比較，若比較結(jié)果相對(duì)于上一個(gè)調(diào)制周期的比較結(jié)果發(fā)生變化則觸發(fā)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)信號(hào)。

所述二端口網(wǎng)絡(luò)為：Z源網(wǎng)絡(luò)或準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)，