無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置及抑制方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供的是一種無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置及抑制方法。包括兩個功率開關(S1和S2)，一個功率二極管(VD)和一個電容(C)，第二功率開關(S2)的集電極與電容(C)陰極串聯，電容(C)陽極與功率二極管(VD)陰極連接，第二功率開關(S2)的發射極與電源負極連接，第一功率開關(S1)的集電極、功率二極管(VD)的陽極均與電源正極連接，第一功率開關(S1)的發射極與電容(C)的陰極連接。本發明專利技術所需元器件少，控制方法簡單，成本低，易于實現。如果裝置出現故障，不影響電機正常工作，容錯性高。裝置與母線并聯，易于對現有設備進行改造升級。

Commutation torque ripple suppression device and method for brushless DC motor

The invention provides a commutation torque ripple suppression device of Brushless DC motor and a suppression method thereof. Including two power switches (S1 and S2), a power diode (VD) and a capacitor (C), second power switch (S2) and the collector capacitance (C) series capacitor (C) cathode, anode and cathode connecting power diode (VD), second (S2) of the power switch the emitter is connected with the cathode of the power supply, the power switch (S1) collector, power diode (VD) anode are connected with the positive pole of the power supply, the first power switch (S1) emitter and capacitance (C) cathode connection. The invention has the advantages of few components, simple control method, low cost and easy realization. If the device fails, it does not affect the normal operation of the motor, and the fault tolerance is high. The device is in parallel with the bus bar, so that the existing equipment can be upgraded and upgraded.

【技術實現步驟摘要】
無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置及抑制方法
本專利技術涉及的是一種無刷直流電機控制裝置，本專利技術也涉及一種無刷直流電機控制方法。具體地說是一種抑制無刷直流電機換相轉矩脈動的裝置及方法。
技術介紹
無刷直流電機由于其高功率密度、高轉矩、高功率因數、控制簡單、維護成本低等特點，已經被廣泛應用于各種工業領域。但由于電機存在轉矩脈動，限制了其在高精度領域的應用。造成轉矩脈動的主要原因如下：1、加工制造過程存在誤差，會導致周期性的轉矩脈動。2、PWM調制方法會造成小幅值的高頻轉矩脈動。3、換相轉矩脈動，約占總脈動量的50％，是對直流無刷電機影響最嚴重的因素。無刷直流電機可以工作在兩兩導通或者三三導通方式下，其中兩兩導通方式下，電機每60°電角度換相一次。由于電機繞組為感性器件，電流不能突變，所以換相電流以一定速率上升和下降，不是理想的方波，而是梯形波。如果關斷相電流的下降速率和開通相電流的上升速率不相等，則會造成非換相電流的波動，從而產生換相轉矩脈動。申請號為CN201310487478.7的專利文件中公開的“無刷直流電機驅動系統的換相轉矩脈動抑制方法及系統”；申請號為CN201410113711.X的專利文件中公開的“一種無刷直流電機的電磁轉矩脈動抑制裝置”；申請號為CN201510130896.X的專利文件中公開的“一種減小高性能無刷直流電機轉矩脈動的方法”；申請號為US20050218849A1的專利文件中公開的“Methodandapparatusfordrivingabrushlessdirectcurrentmotor”等公開文獻中都公開了與抑制無刷直流電機換相轉矩脈動相關的技術方案。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種構成簡單、容錯性高的無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置。本專利技術的目的還在于提供一種控制簡單、成本低的無刷直流電機換相轉矩脈動抑制方法。本專利技術的無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置包括兩個功率開關(S1和S2)，一個功率二極管(VD)和一個電容(C)，第二功率開關(S2)的集電極與電容(C)陰極串聯，電容(C)陽極與功率二極管(VD)陰極連接，第二功率開關(S2)的發射極與電源負極連接，第一功率開關(S1)的集電極、功率二極管(VD)的陽極均與電源正極連接，第一功率開關(S1)的發射極與電容(C)的陰極連接。本專利技術的無刷直流電機換相轉矩脈動抑制方法為：步驟1：在非換相期間，第二功率開關開關S2導通，第一功率開關S1關斷，電源向電容C充電至補償電壓；步驟2：電容C充電結束后，第二功率開關S2關斷，電容沒有放電回路，電壓懸浮，第一功率開關S1保持關斷；步驟3：換相開始時，第一功率開關S1導通，功率二極管VD陰極電位高于陽極電位，功率二極管VD關斷，電源與電容C串聯向電機供電，根據公式控制輸入相開關管的占空比，其中Ubus＝Udc+Uc，Ubus為母線電壓，Udc為電源電壓，Uc為電容C電壓，E為反電動勢幅值。本專利技術提供的抑制無刷直流電機換相轉矩脈動的裝置及方法。非換相期間對電容充電，換相期間將充電電容與電源串聯，提高母線電壓，根據公式控制輸入相開關管的占空比，使換相電流上升速率和下降速率一致，抑制換相轉矩脈動。與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：1、所需元器件少，控制方法簡單，成本低，易于實現。2、如果裝置出現故障，不影響電機正常工作，容錯性高。3、裝置與母線并聯，易于對現有設備進行改造升級。附圖說明圖1為無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置結構圖。圖2(a)-圖2(c)為本專利技術工作原理圖，其中圖2(a)至圖2(b)為預充電原理圖，圖2(c)為電壓補償原理圖。圖3為本專利技術母線電壓與開關時序圖，其中(a)為直流母線電壓波形圖、(b)為開關S2時序圖、(c)為開關S1時序圖。圖4為未采用本專利技術方法控制下的實施例三相電流和轉矩波形圖。圖5為采用本專利技術方法控制下的實施例三相電流和轉矩波形圖。具體實施方式下面結合附圖舉例對本專利技術做進一步說明：以兩兩導通方式為例，其中VT1-VT6為開關管。電機模型由反電動勢和繞組構成，其中Ea、Eb、Ec分別代表三相繞組的反電動勢幅值，Ls代表每相繞組電感值，R代表每相繞組的電阻值，N代表電機中點。換相方式為：A相C相→B相C相。在A相C相導通期間，A相電流Ia、C相電流Ic經VT1、電機、VT2形成回路，向電機供電；換相期間，VT1關斷，VT3導通，B相電流Ib上升。由于電機繞組為感性器件，電流不能突變，所以A相電流通過VT4的二極管與VT2續流，直至衰減到零，換相結束。本專利技術在換相期間，根據公式控制輸入相開關管的占空比，使換相電流上升速率和下降速率一致，抑制換相轉矩脈動，其中Ubus＝Udc+Uc，Ubus為母線電壓，Udc為電源電壓，Uc為電容電壓。如圖1，電壓補償裝置由2個開關S1、S2，1個二極管，1個電容組成。在非換相期間，開關S2控制電容電壓充電；在換相期間，開關S1將電容與電源串聯向電機供電。如圖2，補償裝置工作原理圖；圖2(a)中，開關S2導通，S1關斷，電源向電容充電，直至電容電壓達到所需補償電壓；圖2(b)中，S2關斷，S1仍關斷，電容電壓懸浮；圖2(c)中，換相開始，開關S1立即導通，此時二極管陰極電位高于陽極電位，二極管關斷，電源與電容串聯向電機供電，此時的直流母線電壓為電源電壓與電容電壓之和，根據公式控制輸入相開關管的占空比，其中Ubus＝Udc+Uc，Ubus為母線電壓，Udc為電源電壓，Uc為電容電壓，保證換相電流的上升速率和下降速率相等。如圖3，直流母線電壓與開關時序圖。(a)中，直流母線電壓在非換相期間為電源電壓，換相時為電源電壓與電容電壓之和；(b)中，在非換相期間導通開關S2，對電容充電，充電至補償電壓后關斷；(c)中，換相開始時S1導通，換相結束S1關斷。本專利技術實施例用來解釋本專利技術，而不是對本專利技術進行限制，在專利技術的精神和權利要求的保護范圍內，對本專利技術做出的任何修改和改變，都落入本專利技術的保護范圍。實施例本專利技術采用無刷直流電機的參數：額定功率3.7kW，額定電壓300V，額定轉速為1500rmp，電感0.188mH，反電動勢系數0.592。本例中電容兩端電壓充電至90V。圖3的(a)中，非換相期間直流母線電壓為電源電壓300V，換相期間直流母線電壓為電源電壓與電容電壓之和共390V。圖4是未使用本專利技術方法下的實施例三相電流波形圖和轉矩波形圖。從圖4中可以看出，換相時，換相電流下降速率與上升速率不等，換相轉矩脈動較大。此時，轉矩為22N*m,換相時轉矩最小值為17N*m,轉矩變化率為23.6％。圖5是使用本專利技術方法下的實施例三相電流波形圖和轉矩波形圖。從圖5中可以看出，轉矩仍為22N*m，但最轉矩小值為20.5N*m,轉矩變化率為6.8％，加裝換相轉矩脈動抑制裝置之后轉矩變化率降低了16.8％。本專利技術由2個功率開關，1個功率二極管和1個電容組成，通過控制開關時序，在電機換相時，將充電電容串聯入母線，對母線電壓進行補償，減少非換相電流幅值波動，進而有效的抑制換相轉矩脈動。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置，其特征是：包括兩個功率開關(S1和S2)，一個功率二極管(VD)和一個電容(C)，第二功率開關(S2)的集電極與電容(C)陰極串聯，電容(C)陽極與功率二極管(VD)陰極連接，第二功率開關(S2)的發射極與電源負極連接，第一功率開關(S1)的集電極、功率二極管(VD)的陽極均與電源正極連接，第一功率開關(S1)的發射極與電容(C)的陰極連接。

【技術特征摘要】
1.一種無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置，其特征是：包括兩個功率開關(S1和S2)，一個功率二極管(VD)和一個電容(C)，第二功率開關(S2)的集電極與電容(C)陰極串聯，電容(C)陽極與功率二極管(VD)陰極連接，第二功率開關(S2)的發射極與電源負極連接，第一功率開關(S1)的集電極、功率二極管(VD)的陽極均與電源正極連接，第一功率開關(S1)的發射極與電容(C)的陰極連接。2.一種基于權利要求1所述的無刷直流電機換相轉矩脈動抑制裝置的抑制方法，其特征是包括如下步驟：步驟1：在非...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚緒梁，趙繼成，江曉明，楊光儀，王峰，林浩，張永奇，張燕，常英健，孫小琴，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23