一种抑制无刷直流电机换相转矩脉动装置的补偿电压获取方法与流程

本发明属于无刷直流电机控制领域，具体涉及一种抑制无刷直流电机换相转矩脉动装置的补偿电压获取方法。

背景技术：

无刷直流电机因其运行可靠、动态响应快、效率高、噪声小、运行速度宽等特点被广泛应用于各种工业领域，例如汽车电子、医疗器械、工业自动化设备和仪器仪表等。但是，由于电机结构特点和独特的换相控制策略导致电机在换相时出现转矩脉动，影响了直流无刷电机在高性能领域中的应用。

电机绕组为感性器件，换相时电流上升和下降不能瞬时完成，造成上升电流和下降电流到达稳态的时间不一致，使非换相电流幅值变化，从而产生换相转矩脉动。

目前抑制直流无刷电机换相转矩脉动的方法主要分为：直接转矩、智能算法、开关调制法和开关变换器法等。直接转矩法是以转矩为控制量；智能算法，获取精度高，但是获取量大；开关调制法是使用各种调制方法减小转矩脉动，但是很多调制策略会延迟换相时间；开关变换器法是在电源与逆变器之间安装开关变换器，换相时提高母线电压，换相性能好，但是成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种抑制无刷直流电机换相转矩脉动装置的补偿电压获取方法，

本发明的目的是这样实现的：

非换相期间，第一开关T1截止，第二开关T2导通，电源向升压电容充电至补偿电压U_c＝U_bus-U_dc，充电结束后，第二开关T2截止；换相开始时，第一开关T1导通，二极管截止，电源与电容串联后向电机供电至换相结束，电容电压下降，换相结束时，母线电压等于4倍反电动势幅值U_bus＝4E；

补偿电压获取方法如下

AC＝U_A-U_C＝U_bus-4E

其中，U_bus为母线电压，U_c为补偿电压，U_dc为电源电压，E为反电势，I为相电流，t_f为换相时间，L为绕组电感。

本发明的有益效果在于：

1、换相过程中，导通相功率器件无需斩波调制母线电压，所以不会产生由反向母线电流造成的直流母线电压波动。

2、减少了开关损耗和开关干扰。

3、公式获取量小，具有一定的工程应用价值。

附图说明

图1为无刷直流电机换相转矩脉动抑制装置原理图。

图2为T2-ON，T1-OFF；T2-OFF，T1-OFF；T2-OFF，T1-ON工作原理图。

图3补偿电压获取原理图。

图4母线电压、相电流、母线电流、转矩波形图(母线电压U_bus＝345V)。

图5母线电压、相电流、母线电流、转矩波形图(母线电压U_bus＝391V)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

根据正切三角函数的方法获取补偿电压，使换相结束时母线电压等于4倍反电动势幅值，换相电流同时到达稳态值，降低非换相电流波动，有效的抑制换相转矩脉动。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现：

工作原理：非换相期间，T1截止，T2导通，电源向升压电容充电至补偿电压U_c＝U_bus-U_dc，充电结束后，T2截止；换相开始时，T1导通，二极管截止，电源与电容串联后向电机供电至换相结束，电容电压下降，换相结束时，母线电压等于4倍反电动势幅值(U_bus＝4E)。

补偿电压获取方法如下，如图3所示。

AC＝U_A-U_C＝U_bus-4E (2)

由公式(1)-(3)，补偿电压如公式(4)所示。

其中，U_bus为母线电压，U_c为补偿电压，U_dc为电源电压，E为反电势，I为相电流，t_f为换相时间，L为绕组电感。

以AC相换相到BC相为例。非换相期间，T2导通，T1截止，根据公式对升压电容充电，如图2(a)所示；充电结束后，T2截止，同时，电源通过VT1、VT2对电机供电，如图2(b)所示。换相开始时，T1导通，二极管截止，电容串联入母线通过向电机供电。A相关断，通过VD4、VT2续流，直至A相电流衰减至0；B相导通，通过VT2、VT3向电机供电，直至C相电流达到稳态值I，如图2(c)所示。换相阶段，升压电容电压下降，当母线电压等于4倍反电动势幅值时，换相结束。

本发明实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

实施例

无刷直流电机运行在两两导通方式下，以AC换相到BC为例，在非换相期间，根据公式对升压电容充电，在换相期间，升压电容与电源串联为电机供电，电容电压下降，换相结束时，母线电压U_bus＝4E，其中U_bus＝U_dc+U_c，U_bus为母线电压，U_dc为电源电压，U_c为电容电压，E为反电势，I为相电流。

本发明采用无刷直流电机的参数：

根据公式理想补偿电压U_c为91V。

图4中，换相时母线电压U_bus＝345V，此时升压电容补偿电压U_c＝U_bus-U_dc＝345-300＝45V，小于理想补偿电压91V。此时，换相过程中转矩最小值为20N*m,平均转矩为22N*m，转矩波动率为9.1％。

图5中，换相时母线电压U_bus＝391V，此时升压电容补偿电压U_c＝U_bus-U_dc＝391-300＝91V，是理想补偿电压。此时，换相过程中转矩最小值为21.5N*m,平均转矩为22N*m，转矩波动率为2.3％，与U_c＝45V非理想补偿电压相比，转矩脉动降低了6.8％。

本方法使用正切三角函数的方法获取补偿电压，使换相过程中导通相功率器件无需调制，避免产生由反向母线电流造成的直流母线电压波动，减少了开关损耗和开关干扰，获取量小，具有良好的工程应用价值。