基于无源网络与半桥逆变装置的变频电机驱动系统的制作方法

本发明涉及电机驱动系统，具体涉及基于无源网络与半桥逆变装置的变频电机驱动系统。

背景技术：

1、对于电机内装式混凝土振动器，传统的控制实现拓扑会将市电交流信号通过整流电路整流为直流电压，或直接引入直流输入电压，然后通过变频等技术实现对工具动作机构的驱动控制。传统控制实现方式下为了保证输出的稳定，通常会主动降低转速和输出功率来确保输出的稳定，即降额输出。同时，为了平衡此种低输入电压工况，为了让系统在低电压输入情况下仍然能稳定工作，所匹配的电机在设计参数上需要减弱电机的磁场力，来适应低输入电压的工况，从而导致系统整体效率降低。

2、同时，传统的变频控制装置，或者是不包含升压电路装置的，或者是用可控半导体器件为核心来实现升压的功能，可控半导体器件为核心来实现升压，需要的元器件较多，电路较为复杂，可控半导体器件易损坏或故障，影响升压电路的稳定性，同时可控半导体器件易产生电磁干扰。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于无源网络与半桥逆变装置的变频电机驱动系统，解决以下技术问题：

2、现有的电机稳压装置为了保证输出的稳定，降额输出，影响输出功率的稳定性；同时，传统的变频控制装置，或者是不包含升压电路装置的，或者可控半导体器件为核心来实现升压的功能，需要的元器件较多，电路较为复杂，可控半导体器件易损坏或故障，影响升压电路的稳定性。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于无源网络与半桥逆变装置的变频电机驱动系统，包括：

4、整流模块，用于将交流电压整流为直流输入电压，将直流输入电压传输至无源升压电路；

5、无源升压电路，用于对母线电压进行抬升和稳定控制，所述无源升压电路的输入端连接到整流模块的输出端，所述无源升压电路的输出端连接到半桥逆变模块的输入端；其中，半桥逆变模块的输入电压为母线电压；

6、半桥逆变模块，用于对电机进行驱动控制，所述半桥逆变模块的输出端连接到电机；

7、控制模块，用于在检测到直流输入电压降低或电机的输出功率降低时，控制升压电路抬升电压；其中，在电机退出发电机状态，且电机对母线电压无升压影响时，控制模块控制升压电路将母线电压抬升至大于电源输入交流电压的有效值的1.42倍。

8、作为本发明进一步的方案：所述无源升压电路包括：抽头电感、电感l1、二极管da、二极管db、二极管dc、电容ca和电容cb；

9、所述电容ca的一端依次串联二极管dc和电感l1后连接到整流模块的正极输出端，所述电容ca的另一端与整流模块的负极输出端连接为公共端，所述公共端连接到半桥逆变模块的负极输入端，所述电容ca与二极管dc的负极端之间连接有抽头电感的一端，所述抽头电感的另一端连接到二极管db的正极端，所述二极管db的负极端连接到半桥逆变模块的正极输入端，所述抽头电感的中间抽头连接到二极管da的正极端，所述二极管da的负极端连接到二极管db的的负极端，所述二极管db的负极端和二极管dc的正极端之间并联有电容cb。

10、作为本发明进一步的方案：所述无源升压电路包括：电感l1、电感l2、电容c1和电容c2；

11、所述电感l1的第一端连接到二极管d1的负极，所述二极管d1的正极连接到整流模块的正极输出端，所述整流模块的负极输出端连接到电感l2的第一端，所述电感l2的第二端连接到半桥逆变模块的负极输入端，所述电感l1的第二端连接到半桥逆变模块的正极输入端；

12、所述电感l1的第二端与电感l2的第一端之间连接有电容c2，所述电感l1的第一端与电感l2的第二端之间连接有电容c1。

13、作为本发明进一步的方案：所述无源升压电路包括：电感l1、电感l2、电容c1和电容c2；

14、所述电容c1的一端依次串联二极管d1和电感l1后连接到整流模块的正极输出端，所述电容c1的另一端与整流模块的负极输出端连接为公共端，所述公共端连接到半桥逆变模块的负极输入端，所述电容c1与二极管d1的负极端之间连接有电感l2的第一端，所述电感l2的第二端连接到半桥逆变模块的正极输入端，所述二极管d1的正极端和电感l2的第二端之间并联有电容c2。

15、作为本发明进一步的方案：所述无源升压电路包括：抽头电感lt1、抽头电感lt2、电容c1和电容c2；

16、所述抽头电感lt1的第一端连接到二极管d1的负极，所述二极管d1的正极连接到整流模块的正极输出端，所述整流模块的负极输出端连接到二极管d5的负极端，所述二极管d5的正极端连接到抽头电感lt2的第一端；

17、所述抽头电感lt1的第二端连接到二极管d3的正极端，所述二极管d3的负极端连接到半桥逆变模块的正极输入端，所述抽头电感lt2的第二端连接到半桥逆变模块的负极输入端；

18、所述抽头电感lt1的中间抽头连接到二极管d2的正极端，所述二极管d2的负极端连接到二极管d3的负极端，所述抽头电感lt2的中间抽头连接到二极管d4的正极端，所述二极管d4的负极端连接到二极管d5的负极端；

19、所述二极管d3的负极端与二极管d5的负极端之间连接有电容c1，所述抽头电感lt1的第一端与抽头电感lt2的第二端之间连接有电容c2。

20、作为本发明进一步的方案：所述控制模块结合前级拓扑电路，对所述升压电路的母线直流输入电压vg、母线直流输入电流ig、半桥逆变模块的输出端的三相电流ia、ib和ic、电机的位置和速度进行采样后，通过交流电流pf值和谐波控制算法输出前级pwm控制信号，并将前级pwm控制信号传输至半桥逆变模块，并通过升压电路进行电压抬升，同时同步前级谐波控制及调整交流电流pf值。

21、作为本发明进一步的方案：所述控制模块，包括：

22、输入采样单元，用于对所述升压电路的母线直流输入电压vg和母线直流输入电流ig进行采样，并将采样信息传输至电压前馈型矢量控制单元；

23、输出采样单元，用于对半桥逆变模块的输出端的三相电流ia、ib和ic进行采样，并对电机的位置和速度进行采样，将电机的位置和速度传输至电压前馈型矢量控制单元；

24、电压前馈型矢量控制单元，根据接收的升压电路的母线直流输入电压vg、母线直流输入电流ig、半桥逆变模块的输出端的三相电流ia、ib和ic、电机的位置和速度数据，在电压前馈型矢量控制电流环中，通过比例和积分控制，得到前馈输入电压和前馈输出电压。

25、作为本发明进一步的方案：在电压前馈型矢量控制电流环中，通过比例和积分控制，得到前馈输入电压和前馈输出电压包括以下步骤：

26、s1：通过接收的速度测量数据进行速度环pi控制算法，得到pfc内环参考电流，同时根据母线直流输入电压vg和母线直流输入电流ig，在pfc内环中通过pi控制算法得到前馈电流；

27、s2：根据电机的位置数据经过clark变换计算得到电流参考值；

28、s3：根据前馈电流和电流参考值，在电压前馈型矢量控制电流环中，通过电压前馈型矢量控制电流环的pi调节器中的比例项和积分中得到前馈输入电压和前馈输出电压；

29、s4：将前馈输入电压和前馈输出电压传输至svpwm调制器。

30、作为本发明进一步的方案：所述控制模块，还包括：

31、母线电压控制单元，用于测量升压电路的母线电压，并根据母线电压得到母线电压有效值，并将母线电压有效值传输至pwm调制器；

32、pwm调制器，用于根据母线电压控制单元计算得到母线电压有效值，产生pwm波，并将pwm波传输至驱动信号合成单元；

33、svpwm调制器，用于根据电压前馈型矢量控制单元输入的前馈输入电压和前馈输出电压，产生svpwm波，并将svpwm波传输至驱动信号合成单元；

34、驱动信号合成单元，用于将svpwm调制器产生的svpwm波直插进pwm调制器产生的pwm波中，生成pwm控制信号，将生成pwm控制信号传输至半桥逆变模块；

35、其中，母线电压控制环生成占空比d0的最大值小于前馈输出电压产生svpwm波的零矢量。

36、作为本发明进一步的方案：所述电机用于为混凝土振动器或洗衣机提供动力源。

37、本发明的有益效果：

38、(1)本发明中电源输入交流电压有效值为vac，电机退出发电机状态，对母线电压造成的升压影响消除后，母线电压大于vac*1.42；通过控制母线电压大于vac*1.42，实现电机退出或者不在发电机状态时，稳定或者抬升直流母线电压，从而保证电机的稳定运行。同时通过控制模块和升压电路将输入电压，控制在特定电压以上，并稳定输出电压，供后级驱动部分使用；从而实现了，后级驱动机构稳定输出，电压降低时，不会降低转速和输出功率来确保输出的稳定，同时在检测到输出功率降低时，及时进行升压，保证电机的输出功率的稳定。

39、(2)本发明通过无源升压电路连接到半桥逆变模块，无源网络装置替代传统带升压功能的有源升压电路装置，并通过控制模块控制半桥逆变模块对后级电机进行升压控制，同时实现前级功能，例如：母线电压抬升，输入电流pf值矫正及输入电流谐波控制，以及后级功能；无源升压电路可以将直流电压升高到更高的电平，只需要少量的元器件就可以实现对直流电压的快速升高，电路结构简单，易于实现和控制。通过采用无源升压电路，使得升压电路不需要经常更换元器件，因为电路中没有集成电路等容易损坏或故障的元器件，因此其可靠性相对较高。同时，由于无源升压电路没有发射器件，不像有源升压电路那样会产生电磁干扰。