[发明专利]四开关三相逆变器驱动的无刷直流电机电流波动抑制方法

说明书

本发明公开了一种四开关三相逆变器驱动的无刷直流电机电流波动抑制方法，步骤是：根据霍尔信号将无刷直流电机的每个电周期分为六个工作状态，其中两个工作状态与母线电容中点连接的相在换相区作为关断相参与换相，在正常导通区为非导通相；其他四个工作状态与母线电容中点连接的相为导通相；为了抑制与母线电容中点连接的相为关断相时换相区的电流波动，对非换相相开关管进行PWM调制，通过计算确定调制占空比；为了抑制与母线电容中点连接的相为非导通相时的正常导通区的电流波动，在传统双极性调制的基础上插入两个调节矢量，计算得到占空比，达到抑制电流波动的效果。本发明方法控制简单，无需根据电机工况调节控制器参数，无需增加硬件成本。

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种四开关三相逆变器驱动的无刷直流电机电流波动抑制方法。

背景技术

无刷直流电机以其结构简单、功率密度高和输出转矩大等优点得到广泛的应用。传统三相无刷直流电机使用六开关三相逆变器驱动。四开关三相逆变器用两只串联的电容代替了六开关三相逆变器的一相桥臂，减少了开关管数量，具有开关及导通损耗小，驱动电路简单等优点，越来越多地应用在无刷直流电机驱动领域。无刷直流电机运行在三相六状态导通模式下时，传统方法一般采用导通两相的两个开关管同步调制的双极性调制方法。采用这种方法时，与母线电容中点连接的相为非导通相时，该相绕组通过电容与其他两相形成回路，在相反电动势的影响下，非导通相电流不能为零，导致三相电流波动。

近年来，为解决四开关三相逆变器驱动下的无刷直流电机中，与母线电容中点连接的那一相为非导通相时，实际非导通相电流不为零的问题，直接电流控制方法是常用方法之一。直接电流控制方法对导通两相电流开关管进行滞环控制，分别控制导通两相电流值等于参考值，间接使非导通相电流为零。借鉴直接电流控制的原理，直接转矩控制对导通两相转矩分别进行滞环控制来间接控制非导通相电流为零。另外还存在方法通过研究四种不同的电压矢量对非导通相电流的影响，判断非导通相电流幅值决定哪种电压矢量作用，从而控制非导通相电流幅值在零附近。

以上方法均采用开关频率不固定的滞环控制，每个控制周期中只有一种矢量作用，对开关频率要求较高。PWM控制方法通过采用固定开关频率进行PWM调制，能达到更好的控制效果。现有PWM调制方法是指在双极性调制的一个控制周期中加入调节矢量控制非导通相电流平均值为零，其调节矢量占空比由以非导通相电流幅值为输入的P控制器得到。该方法开关频率固定，但用到的调节矢量占空比难以确定，且需根据工况及转速进行调整。

发明内容

本发明改进了传统的双极性PWM调制方式，对与母线电容中点相连的相为关断相时的换相区和为非导通相时的正常导通区均提出了行之有效的电流控制方法来抑制电流波动，提高了四开关三相逆变器驱动的无刷直流电机的运行性能。本发明适合于四开关三相逆变器驱动下的无刷直流电机进行平稳的电流控制。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种四开关三相逆变器驱动的无刷直流电机电流波动抑制方法，包括无刷直流电机、四开关三相逆变器和控制单元；当无刷直流电机与母线电容中点连接的相在换相区作为关断相时，对非换相相开关管进行调制抑制换相电流波动；当无刷直流电机与母线电容中点连接的相在正常导通区作为非导通相时，在导通两相桥臂开关管同步调制的基础上在每个控制周期内加入两个调节矢量抑制正常导通区的电流波动，具体步骤如下：

步骤一、根据霍尔信号将无刷直流电机的每个电周期分为六个工作状态；将每个工作状态分为换相区和正常导通区；在换相区，将无刷直流电机三相分为开通相、关断相和非换相相；通过霍尔信号改变判断换相区开始，通过关断相电流减小为零判断换相区结束；在正常导通区，根据三相绕组导通状态将所述三相绕组分为正常导通相和非导通相；