[发明专利]用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路。

背景技术

无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)具有惯性低、响应快、功率密度高、稳定性好以及维修费用低等优点，因此它在工业领域中得到了广泛的应用。此外，这种电机还具有直流永磁电机的运行特性，但是电机中却不含机械的整流器和电刷，因此，与电刷有关的很多问题也同时被消除了，例如音频干扰问题，在易燃环境中工作时容易点燃潜在的火源问题等。无刷直流电机通常是由硬开关脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)逆变器来驱动，但是这种逆变器的开关损耗大、效率低，特别是在高频下运行时，过大的电压和电流变化率会产生严重的电磁干扰和二极管反向恢复电流问题。因此，传统的硬开关逆变器对无刷直流电机驱动系统性能和功率密度的提高会产生不利影响。

近几年来，软开关在功率器件中的应用受到了广泛的关注。在电机驱动系统中，软开关逆变器通常被分为三大类：谐振极逆变器、谐振直流环节逆变器和谐振交流环节逆变器。贺虎成等人在《电工技术学报》2008年第23卷第12期公开了“一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器”，但是该逆变器拓扑结构在直流母线之间设置了两个形成直流母线中性点电压的大电容，当采用单边调制这种可以降低开关损耗的控制方法时，即对上桥臂开关器件采用120°换相控制，对下桥臂的开关器件采用PWM调制，将会出现中性点电压偏移等问题，影响系统性能，因此该逆变器桥臂上的主开关采用了相对复杂的上下桥臂开关器件交替进行PWM调制的方法来维持中性点电位的平衡，而且三相逆变器的辅助开关器件多达6个，辅助电路的功率损耗较大，控制策略也比较复杂。贺虎成等人在《中国电机工程学报》2008年第28卷低12期公开了“电机驱动用新型谐振溪流环节电压源逆变器”，相比于其他用于无刷直流电机驱动系统的逆变器，该文中所提出的逆变器具有谐振网络无谐振阀值限制，谐振过程所用时间短，消耗功率小，逆变桥上的续流二极管实现了软关断，并且省去了直流环节的大电容，无中点电位偏移问题等优点，但是该逆变器拓扑结构在直流母线上串联一个辅助开关器件，其通态损耗会随着逆变器输出功率的增大而大幅度增大，将严重阻碍逆变器效率提高，而且直流母线零电压凹槽也会影响直流电压利用率和逆变器输出波形畸变率。此外，该逆变器的辅助谐振电路中用了3个辅助开关，3个谐振电容，6个辅助二极管和一个谐振电感，辅助谐振器件多达13个，这将大大的增加逆变器的体积和生产成本，在一定程度上限制了这种逆变器在无刷直流电机驱动系统中的推广应用。

谐振极软开关逆变器的研究主要集中在交流异步电动机驱动，异步电动机为正弦波控制三相绕组中通有正弦电流，而无刷直流电机工作在星形三相六状态120°换相时为方波控制，只有两相通电且为方波，控制方法及开关器件的动作与异步电动机都有较大区别，因而，传统的谐振极软开关逆变技术并不完全适合于无刷直流电机，有必要研究适用于无刷直流电机的谐振极软开关逆变器。

发明内容

为了了能够满足无刷直流电机驱动系统的要求，本发明提供了一种用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路，解决了传统的谐振极软开关逆变技术并不完全适合于无刷直流电机的问题。