專利名稱：一種永磁無刷直流電機的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁無刷直流電機的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
永磁無刷直流電機主要由電機本體，轉(zhuǎn)子位置傳感器和功率逆變電路三部分構(gòu)成，是一種典型的機電一體化電機。電機本體結(jié)構(gòu)與普通同步電機類似，定子一般采用三相繞組，轉(zhuǎn)子采用永磁體勵磁。功率逆變電路按照轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的導通時序把直流供電電源逆變成交流電源，用于給電機定子三相繞組供電，以便與轉(zhuǎn)子永磁磁場相互作用產(chǎn)生連續(xù)的電磁轉(zhuǎn)矩。功率逆變電路一般采用三相橋式結(jié)構(gòu)(也稱三相橋式逆變器)，由六個功率開關(guān)管組成，常用的功率開關(guān)管有大功率晶體管(GTR)、金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測永磁轉(zhuǎn)子的位置，輸出三相位置信號，并經(jīng)邏輯處理、功率放大后形成功率逆變電路的觸發(fā)信號，目前多采用霍爾集成電路。永磁無刷直流電機因其結(jié)構(gòu)簡單、功率密度大、調(diào)速性能好等優(yōu)點，在航空航天、家用電器、工業(yè)控制、汽車電子等不同領(lǐng)域得到廣泛應用。但在一些特殊應用場合，如電動汽車牽引、數(shù)控機床電主軸驅(qū)動等領(lǐng)域，要求永磁無刷直流電機在基速以下保持恒轉(zhuǎn)矩運行，在基速以上的較寬速度范圍內(nèi)保持恒功率運行，基速以下調(diào)速運行可以通過調(diào)整母線電壓實現(xiàn)，基速以上運行時，母線電壓已經(jīng)達到最大值，無法調(diào)節(jié)，只能通過弱磁控制實現(xiàn)恒功率調(diào)速運行。但是永磁無刷直流電機的磁場是由永磁體產(chǎn)生，無法直接調(diào)節(jié)，在不改變電機本體結(jié)構(gòu)的情況下，實現(xiàn)弱磁控制，需要使各相開關(guān)管的導通時序超前一定角度，即電流超前導通法(以下簡稱CPA方式)。但是在傳統(tǒng)的六功率開關(guān)管三相橋式逆變器上采用CPA控制時，隨著超前角度的增加，非導通相繞組的反電勢會通過續(xù)流二極管向電源回饋能量，使逆變器中電流迅速增大，阻礙轉(zhuǎn)速升高。因此，在逆變器器容量有限的情況下，傳統(tǒng)的CPA控制方式很難獲得較大的恒功率調(diào)速范圍。公告號為CN100397774C的中國專利公開了一種永磁無刷直流電機弱磁驅(qū)動裝置，其使用反向串聯(lián)的一對功率開關(guān)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)三相橋式逆變器中的單管，一共需要十二個功率開關(guān)管，其兩個反向串聯(lián)的功率開關(guān)管由同一個觸發(fā)信號驅(qū)動，雖然能夠阻斷回饋電流的通路，但同時也阻斷了正常運行時必需的續(xù)流回路。永磁無刷直流電機在換向過程以及基速以下斬波調(diào)速運行時，都需要為感性繞組電流提供續(xù)流通路，否則會產(chǎn)生很高的電壓尖峰(變壓器電勢)，影響功率開關(guān)管的可靠運行。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種永磁無刷直流電機的控制系統(tǒng)，既能夠提供正常運行 時必需的續(xù)流回路，又能夠有效抑制非導通相反電勢引起的回饋電流。
—種永磁無刷直流電機的控制系統(tǒng)，包括一驅(qū)動裝置和一控制器；所述的驅(qū)動裝置包括:變流單元，用于為電機提供三相交流電能；續(xù)流單元，用于為電機三相定子繞組提供續(xù)流回路；切換控制單元，用于控制所述的續(xù)流單元的工作狀態(tài)；所述的控制器用于為變流單元提供PWM信號并采集電機的轉(zhuǎn)子位置角，進而根據(jù)所述的轉(zhuǎn)子位置角生成開關(guān)控制信號以驅(qū)動切換控制單元。所述的變流單元包括一直流源和一逆變器，所述的逆變器采用三相橋式逆變電路，其每個橋臂由至少一個功率開關(guān)器件串聯(lián)組成；該逆變電路的直流側(cè)與直流源對應連接，交流側(cè)與電機三相定子繞組對應連接。所述的續(xù)流單元采用三相橋式整流電路，其每個橋臂由至少一個二級管串聯(lián)組成；該整流電路的直流側(cè)通過切換控制單元與變流單元的直流側(cè)對應連接，交流側(cè)與電機三相定子繞組對應連接。所述的切換控制單元由兩個功率開關(guān)管Zl Z2構(gòu)建；其中，功率開關(guān)管Zl連接于變流單元直流側(cè)正極端與續(xù)流單元直流側(cè)正極端之間，功率開關(guān)管Z2連接于變流單元直流側(cè)負極端與續(xù)流單元直流側(cè)負極端之間。所述的功率開關(guān)器件采用不帶有反并二極管的開關(guān)管，可使用IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)，也可以使用MOSFET (金屬氧化物半導體場效應管)，根據(jù)選用功率開關(guān)器件類型的不同，對電路拓撲結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電路進行優(yōu)化。所述的控制器根據(jù)以下控制策略生成開關(guān)控制信號以驅(qū)動切換控制單元:當變流單元的換向超 前角Θ為O < Θ < Ji/6時:
權(quán)利要求
1.一種永磁無刷直流電機的控制系統(tǒng),包括一驅(qū)動裝置和一控制器；其特征在于:所述的驅(qū)動裝置包括: 變流單元，用于為電機提供三相交流電能； 續(xù)流單元，用于為電機三相定子繞組提供續(xù)流回路； 切換控制單元，用于控制所述的續(xù)流單元的工作狀態(tài)； 所述的控制器用于為變流單元提供PWM信號并采集電機的轉(zhuǎn)子位置角，進而根據(jù)所述的轉(zhuǎn)子位置角生成開關(guān)控制信號以驅(qū)動切換控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的變流單元包括一直流源和一逆變器，所述的逆變器采用三相橋式逆變電路，其每個橋臂由至少一個功率開關(guān)器件串聯(lián)組成；該逆變電路的直流側(cè)與直流源對應連接，交流側(cè)與電機三相定子繞組對應連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的續(xù)流單元采用三相橋式整流電路，其每個橋臂由至少一個二級管串聯(lián)組成；該整流電路的直流側(cè)通過切換控制單元與變流單元的直流側(cè)對應連接，交流側(cè)與電機三相定子繞組對應連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的切換控制單元由兩個功率開關(guān)管Zl Z2構(gòu)建；其中，功率開關(guān)管Zl連接于變流單元直流側(cè)正極端與續(xù)流單元直流側(cè)正極端之間，功率開關(guān)管Z2連接于變流單元直流側(cè)負極端與續(xù)流單元直流側(cè)負極端之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的功率開關(guān)器件采用不帶有反并二極管的開關(guān)管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器根據(jù)以下控制策略生成開關(guān)控制信號以驅(qū)動切換控制單元: 當變流單元的換向超前角0為0<0<31/6時:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁無刷直流電機的控制系統(tǒng)，包括一驅(qū)動裝置和一控制器；驅(qū)動裝置包括變流單元、續(xù)流單元和切換控制單元。本發(fā)明在傳統(tǒng)三相橋式逆變器基礎(chǔ)上，通過增加兩個輔助功率開關(guān)管，實現(xiàn)了續(xù)流二極管回路的可控開通與關(guān)斷，既能夠提供正常運行時必需的續(xù)流回路，又能夠有效抑制非導通相反電勢引起的回饋電流，擴大了永磁無刷直流電機恒功率弱磁調(diào)速范圍；且當兩個輔助功率開關(guān)管保持恒通時，本發(fā)明提出的新型拓撲結(jié)構(gòu)逆變器與傳統(tǒng)的三相橋式逆變器完全一致，保證電機在基速以下運行時性能不受影響，同時兼容原有的控制策略。
文檔編號H02P6/08GK103236813SQ20131014411
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者邱建琪, 史涔溦, 董樂 申請人:浙江大學