[发明专利]一种用于无刷直流电机的换相转矩波动抑制方法

说明书

一种用于无刷直流电机换相转矩波动抑制方法：在直流电源和三相逆变桥之间设置二极管辅助网络，构建二级管辅助升降压逆变器驱动的无刷直流电机系统；根据二极管辅助升降压逆变器中功率器件的开关模式及无刷直流电机的两相导通方式，设计四种二极管辅助升降压逆变器开关矢量；在换相阶段，根据不同开关矢量共同作用对换相转矩波动抑制的影响，安排各矢量在每个调制周期内的作用顺序，并推导相应开关矢量作用的占空比；在正常导通阶段，通过分析不同开关矢量共同作用对无刷直流电机调速的影响，设计不同开关矢量的作用顺序和相应开关矢量作用的占空比。本发明可应用于电机调速、电力电子控制等领域，能够使电机可以平稳地运行。

技术领域

本发明涉及一种换相转矩波动抑制方法。特别是涉及一种用于无刷直流电机的换相转矩波动抑制方法。

背景技术

无刷直流电机具有体积小、结构简单、功率密度高等优点，在工业控制、航空航天等领域得到日益广泛的应用。然而，由于电机电感和有限的直流侧电压阻碍了换相过程中相电流的快速变化，因此电机在换相过程会产生转矩波动。较大的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。基于传统电压源逆变器，相关学者提出不同的控制策略主要分为脉冲宽度调制方法和电压矢量选择的控制方法。这些方法在一定程度上拓宽了无刷直流电机换相转矩波动得以抑制的转速范围。然而，由于直流侧电压的限制，换相转矩波动得以抑制的转速范围仍然受限。为此，G.K.Jiang和C.L.Xia等人采用无感升压拓扑来升高直流侧电压(IEEE Trans.Power Electron.,vol.33,no.5,pp.4274–4284,2018年5月)，从而进一步拓宽了换相转矩波动得以抑制的转速范围。然而，该拓扑下直流侧电压的泵升依赖于一定脉宽的零矢量，因此该方法仍然不能在全速范围内抑制换相转矩波动。

为了解决有限的直流侧电压无法在全速范围内有效抑制换相转矩波动的问题，有学者添加了DC-DC变换器来调节换相过程所需电压，并且在换相阶段通过开关选择电路接入DC-DC变换器来抑制全速范围内的换相转矩波动。考虑到降低驱动系统的成本，有学者提出一种Z源逆变器驱动的换相转矩波动抑制策略，该方法通过引入直通矢量升高逆变桥的输入电压，因此通过调节直通矢量和有效矢量的占空比可以实现换相转矩波动抑制。然而，由于Z源网络只能提供升压机制，因此逆变桥的开关器件承受较大的电压应力。

已有的通过引入升压变换器调节直流侧电压实现全速范围内换相转矩波动抑制的方法依然存在一些问题：基于两级DC-DC升压逆变器的方法所需的开关元件及无源器件相对较多，且直流电源电压的利用率较低；基于Z源逆变器的控制方法在换相阶段和正常导通阶段逆变桥上开关器件承受的电压应力较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使电机可以平稳地运行的用于无刷直流电机的换相转矩波动抑制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于无刷直流电机的换相转矩波动抑制方法，包括如下步骤：

1)在直流电源和三相逆变桥之间设置二极管辅助网络，构建二极管辅助升降压逆变器驱动的无刷直流电机系统，所述的在直流电源和三相逆变桥之间设置的二极管辅助网络的具体拓扑结构如下：

在直流电源电压负端与三相逆变桥正输入端之间依次串接有MOS管和第一二极管，在直流电源电压正端与三相逆变桥负输入端之间接有第二二极管，所述MOS管与所述第一二极管正极相连的一端分别连接有电感的一端和第一电容的一端，在第一二极管负极端连接第二电容的一端，所述电感的另一端和第二电容的另一端连接第二二极管的负极，第一电容的另一端连接第二二极管的正极；

2)根据二极管辅助升降压逆变器中功率器件的开关模式及无刷直流电机的两相导通方式，设计四种二极管辅助升降压逆变器开关矢量；