[發明專利]無感升壓拓撲驅動的無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法

有效

• 申請號: 201710472751.7
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107222134B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 夏長亮;姜國凱;李新旻;陳煒;史婷娜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P6/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種無感升壓拓撲驅動的無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法：設計一種無感DC?DC變換器添加在三相電壓源逆變器前級，整體構成無感升壓拓撲的三相電壓源逆變器驅動電路；分析不同開關矢量對電機輸入電壓和無感DC?DC變換器輸出電壓的作用；當所述無刷直流電機運行在非換相階段，根據開關矢量的作用設計正常模式、升壓模式和降壓模式三種工作模式；通過選擇三種工作模式，在保證無刷直流電機正常調速的前提下調節DC?DC變換器的輸出電壓；當所述無刷直流電機運行在換相階段，采用固定的兩個開關矢量抑制無刷直流電機的換相轉矩波動。本發明大大節省了驅動系統的體積和成本。能夠在抑制換相轉矩波動的同時有效縮短換相過程時間，從而提高了電機運行的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種無刷直流電機。特別是涉及一種無感升壓拓撲驅動的無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法。

背景技術

無刷直流電機以其結構簡單，功率密度高和運行穩定可靠等優點，在工業控制、航空航天和電動汽車領域得到廣泛應用。然而，由于電機電感和有限的逆變器電壓阻礙了換相過程中相電流的快速變化，因而電機在換相過程產生較大的轉矩波動，最大換相轉矩波動可達平均轉矩的50％。換相轉矩波動會導致電機系統的振動和噪聲，并降低電機的帶載能力，是限制無刷直流電機高性能運行的主要問題之一。

近年來，學者們對換相轉矩波動抑制進行了深入研究。抑制無刷直流電機換相轉矩波動的常用方法主要包括兩類：(1)脈寬調制方法(PWM方法)，該方法的根本思想是維持非換相相電流的平穩，從而實現換相轉矩波動的抑制。(2)添加前級DC-DC變換器，該方法的根本思想是通過改變電壓源逆變器的直流輸入電壓來有效抑制換相轉矩波動。

然而，現有的換相轉矩波動抑制方法依然存在一些問題：對于PWM方法，當電機運行于額定轉速以下的較高轉速時，在有限的逆變器直流側電壓限制下，該類方法均是通過延長關斷相電流下降時間的方法抑制換相轉矩波動，這樣會延長不希望的換相過程時間。對于已有的前級DC-DC變換器方法，添加的前級DC-DC變換器的功率開關較多，且需要添加額外的電感，這增加了驅動系統的體積和成本。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種用于無刷直流電機的高精度伺服驅動控制的無感升壓拓撲驅動的無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法。

本發明所采用的技術方案是：一種無感升壓拓撲驅動的無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法，包括如下步驟：

1)設計一種無感DC-DC變換器添加在三相電壓源逆變器前級，整體構成無感升壓拓撲的三相電壓源逆變器驅動電路；

2)分析不同開關矢量對電機輸入電壓和無感DC-DC變換器輸出電壓的作用；

3)當所述無刷直流電機運行在非換相階段，根據開關矢量的作用設計正常模式、升壓模式和降壓模式三種工作模式；通過選擇三種工作模式，在保證無刷直流電機正常調速的前提下調節DC-DC變換器的輸出電壓；

4)當所述無刷直流電機運行在換相階段，采用固定的兩個開關矢量抑制無刷直流電機的換相轉矩波動。

所述的無感DC-DC變換器電路包括：DC-DC變換器的MOSFET管，直流側二極管，和DC-DC變換器電容。所述DC-DC變換器的MOSFET管的源極分別連接直流側二極管的負極和三相電壓源逆變器的正極輸入端，所述DC-DC變換器的MOSFET管的漏極通過DC-DC變換器電容分別連接輸入直流電源負極和三相電壓源逆變器的負極輸入端，所述直流側二極管的正極連接輸入直流電源正極。