[发明专利]无感升压拓扑驱动的无刷直流电机换相转矩波动抑制方法

说明书

一种无感升压拓扑驱动的无刷直流电机换相转矩波动抑制方法：设计一种无感DC‑DC变换器添加在三相电压源逆变器前级，整体构成无感升压拓扑的三相电压源逆变器驱动电路；分析不同开关矢量对电机输入电压和无感DC‑DC变换器输出电压的作用；当所述无刷直流电机运行在非换相阶段，根据开关矢量的作用设计正常模式、升压模式和降压模式三种工作模式；通过选择三种工作模式，在保证无刷直流电机正常调速的前提下调节DC‑DC变换器的输出电压；当所述无刷直流电机运行在换相阶段，采用固定的两个开关矢量抑制无刷直流电机的换相转矩波动。本发明大大节省了驱动系统的体积和成本。能够在抑制换相转矩波动的同时有效缩短换相过程时间，从而提高了电机运行的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机。特别是涉及一种无感升压拓扑驱动的无刷直流电机换相转矩波动抑制方法。

背景技术

无刷直流电机以其结构简单，功率密度高和运行稳定可靠等优点，在工业控制、航空航天和电动汽车领域得到广泛应用。然而，由于电机电感和有限的逆变器电压阻碍了换相过程中相电流的快速变化，因而电机在换相过程产生较大的转矩波动，最大换相转矩波动可达平均转矩的50％。换相转矩波动会导致电机系统的振动和噪声，并降低电机的带载能力，是限制无刷直流电机高性能运行的主要问题之一。

近年来，学者们对换相转矩波动抑制进行了深入研究。抑制无刷直流电机换相转矩波动的常用方法主要包括两类：(1)脉宽调制方法(PWM方法)，该方法的根本思想是维持非换相相电流的平稳，从而实现换相转矩波动的抑制。(2)添加前级DC-DC变换器，该方法的根本思想是通过改变电压源逆变器的直流输入电压来有效抑制换相转矩波动。

然而，现有的换相转矩波动抑制方法依然存在一些问题：对于PWM方法，当电机运行于额定转速以下的较高转速时，在有限的逆变器直流侧电压限制下，该类方法均是通过延长关断相电流下降时间的方法抑制换相转矩波动，这样会延长不希望的换相过程时间。对于已有的前级DC-DC变换器方法，添加的前级DC-DC变换器的功率开关较多，且需要添加额外的电感，这增加了驱动系统的体积和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于无刷直流电机的高精度伺服驱动控制的无感升压拓扑驱动的无刷直流电机换相转矩波动抑制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种无感升压拓扑驱动的无刷直流电机换相转矩波动抑制方法，包括如下步骤：

1)设计一种无感DC-DC变换器添加在三相电压源逆变器前级，整体构成无感升压拓扑的三相电压源逆变器驱动电路；

2)分析不同开关矢量对电机输入电压和无感DC-DC变换器输出电压的作用；

3)当所述无刷直流电机运行在非换相阶段，根据开关矢量的作用设计正常模式、升压模式和降压模式三种工作模式；通过选择三种工作模式，在保证无刷直流电机正常调速的前提下调节DC-DC变换器的输出电压；

4)当所述无刷直流电机运行在换相阶段，采用固定的两个开关矢量抑制无刷直流电机的换相转矩波动。

所述的无感DC-DC变换器电路包括：DC-DC变换器的MOSFET管，直流侧二极管，和DC-DC变换器电容。所述DC-DC变换器的MOSFET管的源极分别连接直流侧二极管的负极和三相电压源逆变器的正极输入端，所述DC-DC变换器的MOSFET管的漏极通过DC-DC变换器电容分别连接输入直流电源负极和三相电压源逆变器的负极输入端，所述直流侧二极管的正极连接输入直流电源正极。