專利名稱：一種永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機控制技術(shù)，特別涉及一種永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著稀土永磁材料和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，無刷直流電機及其控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。永磁無刷直流電機的輸出轉(zhuǎn)矩大、功率密度高、調(diào)速范圍寬、動態(tài)響應快、慣量小、可靠性高、控制簡單等優(yōu)勢突出，因此其在航空航天、機器人、家用電器和辦公自動化等領(lǐng)域的應用越來越廣泛。永磁無刷直流電機采用兩兩導通運行方式，運行過程中每60°換一次相出現(xiàn)的換相轉(zhuǎn)矩脈動是永磁無刷直流電機中存在的主要問題之一，換相轉(zhuǎn)矩脈動最高可達到額定轉(zhuǎn)矩的50%，其一直限制著永磁無刷直流電機在要求低紋波速度的調(diào)速系統(tǒng)和高精度控制系統(tǒng)中的應用。對于高精度控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)矩脈動是衡量無刷直流電機性能的一項重要指標。因此研究抑制或消除轉(zhuǎn)矩脈動的實用方法具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對永磁無刷直流電機換相時轉(zhuǎn)矩脈動較大的問題，提出了一種永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)及方法，通過在永磁無刷直流電機傳統(tǒng)降壓型逆變橋前端增加Quas1-Z源網(wǎng)絡，在換相過程中調(diào)整永磁無刷直流電機輸入電壓，解決轉(zhuǎn)矩脈動問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)，包括輸入電源模塊、Quas1-Z源網(wǎng)絡、選擇開關(guān)、三相逆變橋、永磁無刷直流電機本體、控制模塊、換相時間檢測模塊、霍爾信號檢測模塊，直流電源輸出端一路直接接選擇開關(guān)，一路通過Quas1-Z源網(wǎng)絡進行電壓調(diào)整后接選擇開關(guān)，選擇開關(guān)接三相逆變橋；三相逆變橋?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電壓驅(qū)動永磁無刷直流電機，換相時間檢測模塊檢測永磁無刷直流電機的換相開始時間點，霍爾信號檢測模塊檢測永磁無刷直流電機工作時發(fā)出的霍爾信號的頻率，換相時間檢測模塊和霍爾信號檢測模塊檢測信號送控制模塊，控制模塊輸出控制信號到選擇開關(guān)。所述Quas1-Z源網(wǎng)絡由二極管、電容、電感和開關(guān)管構(gòu)成，換相時控制模塊輸出信號控制開關(guān)管占空比，直流電源通過Quas1-Z源網(wǎng)絡調(diào)整電壓后輸出，通過選擇開關(guān)到三相逆變橋。一種永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，包括永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)，兩兩導通換相方式運行的三相全橋式永磁無刷直流電機，具體包括如下步驟:
1)非換相時，直流電源直接通過選擇開關(guān)接三相逆變橋給永磁無刷直流電機供電；
2)永磁無刷直流電機每60°換一次相，換相時間檢測模塊檢測霍爾信號的每次變化，檢測到霍爾信號的上升沿 或下降沿作為換相過程的開始時刻G;
3)換相開始，通過霍爾信號檢測模塊依次檢測到的一路霍爾信號的頻率計算出電機轉(zhuǎn)
速電機反電動勢巧 與轉(zhuǎn)速成正比例々關(guān)系，通過離線測量確定A的值，計算得出反電動勢Kn ；
4)換相開始，控制模塊立即發(fā)出控制信號讓選擇開關(guān)切換，直流電源通過Quas1-Z源網(wǎng)絡電壓調(diào)整后輸出電壓G作為直流母線電壓；
5)Quas1-Z源網(wǎng)絡在電機換相時的輸出電壓I和電壓調(diào)整電路中開關(guān)管Q的占空比
D的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)，其特征在于，包括輸入電源模塊、Quas1-Z源網(wǎng)絡、選擇開關(guān)、三相逆變橋、永磁無刷直流電機本體、控制模塊、換相時間檢測模塊、霍爾信號檢測模塊，直流電源輸出端一路直接接選擇開關(guān)，一路通過Quas1-Z源網(wǎng)絡進行電壓調(diào)整后接選擇開關(guān)，選擇開關(guān)接三相逆變橋；三相逆變橋?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電壓驅(qū)動永磁無刷直流電機，換相時間檢測模塊檢測永磁無刷直流電機的換相開始時間點，霍爾信號檢測模塊檢測永磁無刷直流電機工作時發(fā)出的霍爾信號的頻率，換相時間檢測模塊和霍爾信號檢測模塊檢測信號送控制模塊，控制模塊輸出控制信號到選擇開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述Quas1-Z源網(wǎng)絡由二極管、電容、電感和開關(guān)管構(gòu)成，換相時控制模塊輸出信號控制開關(guān)管占空比，直流電源通過Quas1-Z源網(wǎng)絡調(diào)整電壓后輸出，通過選擇開關(guān)到三相逆變橋。
3.—種永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，包括永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)，其特征在于，兩兩導通換相方式運行的三相全橋式永磁無刷直流電機，具體包括如下步驟: 1)非換相時，直流電源直接通過選擇開關(guān)接三相逆變橋給永磁無刷直流電機供電； 2)永磁無刷直流電機每60°換一次相，換相時間檢測模塊檢測霍爾信號的每次變化，檢測到霍爾信號的上升沿或下降沿作為換相過程的開始時刻G; 3)換相開始，通過霍爾信號檢測模塊依次檢測到的一路霍爾信號的頻率計算出電機轉(zhuǎn)速電機反電動勢Eltl與轉(zhuǎn)速成正比例k關(guān)系，通過離線測量確定k的值，計算得出反電動勢; 4)換相開始，控制模塊立即發(fā)出控制信號讓選擇開關(guān)切換，直流電源通過Quas1-Z源網(wǎng)絡電壓調(diào)整后輸出電壓 5)Quas1-Z源網(wǎng)絡在電機換相時的輸出電壓I和電壓調(diào)整電路中開關(guān)管Q的占空比D的關(guān)系為G =K，V1為Quas1-Z源網(wǎng)絡中直流電源電壓，控制模塊輸出通過控制 I 一 ID開關(guān)管Q的PWM占空比D不斷調(diào)整Quas1-Z源網(wǎng)絡的輸出電壓匕，從而使得直流母線電壓Udc=4Em ； 6)通過電機本身的參數(shù)和步驟3)得出的反電動勢計算出關(guān)斷相電流降低至零時的結(jié)束時刻&控制模塊再發(fā)出控制信號讓選擇開關(guān)選擇將Quas1-Z源網(wǎng)絡中直流電源Fj直接接三相逆變橋，直流電源K.作為電機輸入電壓； 7)重復執(zhí)行步驟2) 6)，通過Quas1-Z源網(wǎng)絡調(diào)整換相時刻的電機三相逆變橋直流母線電壓，使其關(guān)斷相電流下降速率與開通相電流上升速率相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制系統(tǒng)及方法，不換相時，直流電源通過選擇開關(guān)直接接三相逆變橋，直流電源作為電機輸入電壓；換相時間檢測模塊檢測到換相時，控制模塊立即發(fā)出控制信號讓選擇開關(guān)切換，直流電源通過Quasi-Z源網(wǎng)絡電壓調(diào)整后輸出接三相逆變橋，通過Quasi-Z源網(wǎng)絡調(diào)整換相時刻的電機逆變橋直流母線電壓，使其關(guān)斷相電流下降速率與開通相電流上升速率相等，從而能夠有效地抑制永磁無刷直流電機不同形式的換相轉(zhuǎn)矩脈動，在高速時能夠補償換相轉(zhuǎn)矩的減小，在低速時能夠消除換相轉(zhuǎn)矩的增大。
文檔編號H02P6/10GK103078570SQ20131004115
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者夏鯤, 朱琳玲, 楊益華, 徐鑫悅 申請人:上海理工大學