[發明專利]基于無電解電容逆變器的無刷直流電機控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 201710195069.8
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106788048A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 儲劍波;姜曉宇;馬浴坤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P6/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于交流變頻驅動技術領域，更具體地說是一種基于無電解電容逆變器的無刷直流電機控制方法。

背景技術

無刷直流電機以其高效率、長壽命、較好的轉速-轉矩特性，以及控制簡單、調速范圍寬等優點，在汽車、航空航天、家用電器等行業內得到了較好的發展。成為各國學者的研究熱點。

以空調為首的家用電器，其輸入電壓為單相交流電，前級電路為單相不控整流橋，母線電壓易產生波動，造成諧波污染，功率因數下降。我國的3C認證和歐洲的CE認證對于家用空調的電流諧波都有明確規定，對每相電流小于16A的系統，各次電流諧波限值必須滿足IEC61000-3-2標準。因此提高輸入側的功率因數、抑制電流諧波也是一個重點需要考慮的方面。

目前常用的家用電器功率因數校正方案，多采用BOOST型電路拓撲結構，由于電路中含有功率器件，引入了開關損耗，且控制電路相對復雜。同時，電路中的大容量直流母線電容，受溫度影響較大，使用壽命有限，系統可靠性較低。

發明內容

發明目的：為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種采用無電解電容逆變器驅動，通過控制母線電流實現系統輸入高功率因數的無刷直流電機控制方法。

技術方案：一種基于無電解電容逆變器的無刷直流電機控制系統，包括：電源電路、整流器、薄膜電容、逆變器、電機、輸入電壓采集模塊、母線電流采集模塊、轉速位置采集模塊、轉速誤差模塊、轉速PI模塊、母線電流給定模塊、母線電流誤差模塊、電流PI模塊、PWM控制模塊、換相邏輯模塊；

所述電源電路為單相交流電源，用于為整流器提供單相交流電；

所述整流器為單相不控整流器，用于將單相輸入交流電整流為直流電，并向逆變器供電；

所述薄膜電容連接整流器輸出端兩端；

所述逆變器為三相電壓源型逆變器，用于接收脈寬調制模塊的電壓脈沖，并根據電壓脈沖控制電機；

所述輸入電壓采集模塊用于采集網側輸入電壓，并發送至母線電流給定模塊；

所述母線電流采集模塊用于采集逆變器輸入側的電流，并發至母線電流誤差模塊；

所述轉速位置采集模塊用于采集電機轉速及轉子位置，并發送至轉速誤差模塊、換相邏輯模塊；

所述轉速誤差模塊用于將給定轉速與所述轉速位置采集模塊采集到的電機轉速對比，得到轉速誤差，并將其發送至轉速PI模塊；

所述轉速PI模塊用于將轉速誤差進行PI調節，得到母線電流矢量，并發送至母線電流給定模塊；

所述母線電流給定模塊用于根據輸入電壓、母線電流矢量、薄膜電容容值計算母線給定電流，并將其發送至母線電流誤差模塊；

所述母線電流誤差模塊用于將母線給定電流與母線實際電流對比，得到母線電流誤差，并將其發送至電流PI模塊；

所述電流PI模塊用于將母線電流誤差進行PI調節，得到占空比，并發送至PWM控制模塊；

所述換相邏輯模塊用于根據電機轉子位置確定功率管導通情況；

所述PWM控制模塊為方波控制，用于根據占空比和功率管導通情況生成方波PWM驅動信號，并發送至逆變器。

進一步的，所述電機為無刷直流電機。

一種基于無電解電容逆變器的無刷直流電機控制系統實現的控制方法，包括以下步驟：

實時采集單相交流輸入電壓和直流母線電流，實時采集電機轉子位置以及轉速；

計算給定電機轉速與所述實時采集電機轉速的誤差，并對轉速誤差進行PI調節；

計算母線電流給定電流；

計算母線給定電流與實際母線電流誤差，并對電流誤差進行PI調節，得到占空比；

根據電機轉子位置和換相邏輯判斷功率管導通情況；

根據占空比和功率管導通情況，對逆變器進行方波PWM控制，并通過逆變器控制電機。

進一步的，所述母線給定電流的計算包含如下步驟：

對比所述實時采集的電機轉速與給定轉速，得到電機轉速誤差，對所述轉速誤差進行PI調節，得到母線平均電流；通過所述實時采集的輸入電壓、母線平均電流、薄膜電容容值，計算得到母線給定電流。

進一步的，所述母線給定電流的計算方法如下：

采集網側輸入電壓為正弦波，其表達式如式(1)：

式中，v_in為單相交流輸入電壓，U為單相交流輸入電壓有效值，ω_in為單相輸入電壓角速度。