[发明专利]一种抑制无刷直流电机换相转矩波动的PWM调制方法

摘要

本发明公开了一种抑制无刷直流电机换相转矩波动的PWM调制方法，涉及直流电源、无刷直流电机、三相逆变桥和控制器，通过判定无刷直流电机的转速范围换相阶段采取相应的PWM调制措施来抑制换相转矩波动，同时实现对无刷直流电机换相时间的缩短；由于换相时间对无刷直流电机无位置传感器控制反电势过零点检测方法有很大改善，同时可提高无刷直流电机的平滑运行性能。本发明在PWM调制方式的基础上，通过在换相阶段选择最佳的PWM调制方式，有效抑制无刷直流电机全速范围的换相转矩波动，同时缩短换相时间，控制简单，实现容易，提高了无刷直流电机的平滑运行性能。所提出的方法无需改变拓扑结构，仅需对软件部分稍加改动即可使用，无需增加硬件系统成本。

主权项

1.一种抑制无刷直流电机换相转矩波动的PWM调制方法，涉及直流电源、无刷直流电机、三相逆变桥和控制器，其特征在于，通过判定无刷直流电机的转速范围换相阶段采取相应的PWM调制措施来抑制换相转矩波动，同时实现对无刷直流电机换相时间的缩短，包括以下步骤：(1)将无刷直流电机的每个电周期分为六个霍尔周期，将每个霍尔周期分为换相阶段与非换相阶段，通过霍尔位置信号与相电流判定所述无刷直流电机运行在换相阶段还是非换相阶段；(2)由于定子存在绕组电感，换相阶段三相无刷直流电机的三相定子绕组均存在电流，三相定子绕组分别为开通相、关断相与非换相相；(3)根据四倍相反电势及三倍相电阻压降的和与电源电压的大小关系确定所述无刷直流电机的转速范围，判定无刷直流电机运行在高速区间还是低速区间；(4)当所述无刷直流电机运行在低速区间，为获得最短的换相时间，换相阶段通过关断相关断，开通相恒通，PWM调制作用于非换相相来维持非换相相电流的稳定；分别作用于三相定子绕组的占空比计算如下：当所述无刷直流电机运行在低速区间时，为获得最短换相时间，此时换相阶段PWM调制方式为关断相关断，关断相电流通过续流二极管续流，开通相恒通，PWM调制作用于非换相相；忽略续流二极管压降，各相MOS管的占空比分别为：采取上述PWM调制方式下，低速区间最短换相时间为式中U_dc为电源电压，I为非换相相电流，E为梯形波反电势幅值，R为电机相电阻，L为电机相电感，d₁,d₂,d₃分别为PWM调制作用于关断相，开通相，非换相相MOS管的占空比；t_{low_min}为低速区间的最短换相时间；(5)当所述无刷直流电机运行在高速区间，为获得最短的换相时间，换相阶段通过PWM调制作用于关断相，开通相与非换相相恒通来维持非换相相电流的稳定，分别作用于三相定子绕组的占空比计算如下：当所述无刷直流电机运行于高速区间时，为获得最短换相时间，此时换相阶段PWM调制方式为PWM调制作用于关断相，开通相与非换相相恒通；忽略续流二极管压降，各相MOS管的占空比分别为采取上述PWM调制方式下，高速区间最短换相时间为式中U_dc为电源电压，I为非换相相电流，E为梯形波反电势幅值，R为电机相电阻，L为电机相电感，d₁,d₂,d₃分别为PWM调制作用于关断相，开通相，非换相相MOS管的占空比；t_{high_min}为高速区间的最短换相时间。