[发明专利]DC-DC变换器抑制永磁无刷直流电机换相转矩波动方法

说明书

一种DC‑DC变换器抑制永磁无刷直流电机换相转矩波动方法，包括：设计一种切换电路，与直流电源、DC‑DC变换器共同构成前端调压电路；分析切换电路不同工作状态对前端调压电路输出电压的作用；电机运行在正常导通期间，直流电源为电机提供能量，采用PWM斩波对三相逆变电路输入电压进行调节；低速换相期间，工作状态不变，直流电源输出高于电机所需电压，对非换相相开关管进行PWM斩波；高速换相期间，工作状态改变，DC‑DC变换器与直流电源串联输出等于电机所需电压，三相逆变电路开关管不斩波，从而抑制全速范围内换相转矩波动。本发明无需改变PWM调制方式，提高了系统稳定性和动态响应能力，减少了系统损耗。

技术领域

本发明涉及一种DC-DC变换器。特别是涉及一种适用于永磁无刷直流电机高性能运行控制的DC-DC变换器抑制永磁无刷直流电机换相转矩波动方法。

背景技术

永磁无刷直流电机具有功率密度大、体积小、功率因数高等优点，被广泛应用于高空飞行器、医疗设备、国防工业、现代工业生产等领域和设备中。由于电机定子绕组存在电感和有限的三相逆变电路输入电压阻碍了换相过程中相电流的快速变化，因而在换相过程产生较大的转矩波动，会在电机运行时产生噪音和机身震动，降低电机寿命，限制了其在高性能系统中的应用。

近年来，国内外学者对换相转矩波动抑制方法进行了深入研究。永磁无刷直流电机换相转矩波动抑制的常用方法包括以下两类：(1)脉冲宽度调制(PWM)，该方法的根本思想是通过控制开通相与关断相电流变化率相等，从而实现换相转矩波动的抑制。(2)添加前端DC-DC变换器(直流-直流变换器)，该方法的根本思想是通过设计模式选择电路使DC-DC变换器工作在不同的输出模式，当电机运行在换相期间，采用升压模式下的DC-DC变换器升高三相逆变电路输入电压，从而有效抑制换相转矩波动。

然而，现有的方法依然存在一些问题：对于脉冲宽度调制方法，电机运行在低速和高速区域采用不同的调制方式，当电机运行在高低速切换条件附近，会降低系统稳定性，调制器和控制算法设计上较为复杂；在高速区域的换相期间，即使三相逆变电路开关管不进行PWM斩波，仍不能有效抑制因三相逆变电路输入电压不足产生的换相转矩波动。对于添加前端DC-DC变换器方法，当电机运行在正常导通期间，采用升降压模式下的DC-DC变换器调节三相逆变电路输入电压，会降低电机的动态响应能力，且在正常导通期间，升降压模式下的DC-DC变换器会增加系统损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高电机的动态响应能力，减少系统损耗的DC-DC变换器抑制永磁无刷直流电机换相转矩波动方法。

本发明所采用的技术方案是：一种DC-DC变换器抑制永磁无刷直流电机换相转矩波动方法，包括如下步骤：

1)设计一具有能够控制输出电压的前端调压电路的无刷直流电机控制电路，所述的前端调压电路设置在三相逆变电路的前端；

2)确定切换电路处于不同的工作状态，对前端调压电路输出电压的作用；

3)检测永磁无刷直流电机的运行状态，根据永磁无刷直流电机的不同运行状态，对三相逆变电路输入电压进行相应的调节；其中，

当检测到永磁无刷直流电机运行在正常导通期间，根据所述切换电路的工作状态，由直流电源为永磁无刷直流电机提供能量，三相逆变电路输入电压恒等于直流电源电压(U_dc)，采用PWM斩波对三相逆变电路输入电压进行调节；

当检测到永磁无刷直流电机运行在低速区域的换相期间，所述切换电路的工作状态不变，三相逆变电路输入电压仍等于直流电源电压(U_dc)，且高于永磁无刷直流电机所需电压，对三相逆变电路的非换相相开关管进行PWM斩波，从而抑制永磁无刷直流电机低速区域的换相转矩波动；