[发明专利]四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统

说明书

本发明涉及一种四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统，其特征在于，所述四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统包括四开关逆变器输入信号为直流电压，四开关全桥逆变电路包括两个电容C1、C2和四个可控开关S1—S4，逆变器共有三个电压输出端口，分别连接电机的三个电压输入端。该技术方案提出以四开关逆变器配合两个电容器组成三相全桥逆变器，使用低成本的ARM芯片为主控处理器，采用电压补偿方案实现逆变器三相对称电压信号输出，同时解决了电容中点电压的波动问题。并采用无传感器算法估算电机位置和转速，增强控制系统的鲁棒性，并且有效精简结构，节约成本约35％。

技术领域

本发明涉及一种驱动系统，具体涉及一种四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统，属于电机与电器领域。

背景技术

随着各行业电气化和工业化水平的提高，电气化应用得到了前所未有的普及，在满足稳定性要求的前提下对结构的优化是当前研究的热点。

可调速电驱系统在电气传动领域已经获得广泛应用，且是电气传动的核心系统组件。而在工业应用中，可调速电驱系统采用三相电机比单相电机效率更高，系统精度和稳定性更好。三相电机驱动系统中的核心部件为三相变频器，而最基础且最常规的三相驱动器为两电平六开关三相全桥逆变器，对于更高精度以及更多电平数的逆变器所使用的开关数量更多。但是在调速精度要求并不是很高的场合，如矿用电机车、通风机、水泵等，采用六开关逆变器相对成本更高。

但是采用传统方法直接削减常规三相六开关逆变器中的开关数量不能够使逆变器输出对称的三相电压信号，完全不能满足电机等驱动系统的要求。在现有技术中，申请号为201610533077.4的发明专利：三相四开关逆变器驱动永磁同步电机的模型预测控制方法，虽然也涉及一种三相四开关逆变器驱动永磁同步电机，但是所采用的模型预测控制算法需要进行重复迭代计算，因此运算量巨大，并且对硬件性能和成本要求都更高，背离了缩减成本的初衷。尤其是在低精度电机控制场合，采用高成本硬件实现预测控制可行度低。此外，模型预测控制需要多组原始数据进行价值函数的初始化，系统稳态响应慢。本领域的技术人员一直尝试新的方案，但是该问题一直没有得到妥善解决。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统，该技术方案结构简单、效率高，该技术方案提出以四开关逆变器配合两个电容器组成三相全桥逆变器，使用低成本的ARM芯片为主控处理器，采用电压补偿方案实现逆变器三相对称电压信号输出，同时解决了电容中点电压的波动问题。并采用无传感器算法估算电机位置和转速，增强控制系统的鲁棒性，并且有效精简结构，节约成本约35％。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统，其特征在于，所述四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统包括四开关逆变器输入信号为直流电压，此直流电压可以是逆变器的输出直流信号，也可以是蓄电池的直流电压输出。四开关全桥逆变电路包括两个电容C1、C2和四个可控开关S1—S4，逆变器共有三个电压输出端口，分别连接电机的三个电压输入端。

作为本发明的一种改进，四开关分别为四个IGBT或GTO等可控开通和关断型晶闸管，开关信号由ARM微处理器产生。当负载为电机时，为了实现三相电压输出，电机的第三相链接到一组电容的中性点，此中性点电位等效于接地的零电位，同时回路中所需采集的电压和电流信号分别通过电压及电流传感器获取，通过霍尔传感器获取电机的转速信号，或者通过无传感器算法估算出电机的转子位置和转速。

四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法如下：

1)所述四开关逆变器，只有四个开关可以受控进行开通和关断，四个开关分别为S₁、S₂、S₃、S₄，C₁、C₂表示电容，其状态不可控，因此仅有四种开关状态，其开关表如下所示，表中1表示开关闭合，0表示开关断开。