一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置及抑制方法
2023-07-17 22:25:01
一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置及抑制方法
【專利摘要】本發明公開一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置，包括電壓型逆變器、控制器和電流採集模塊，其中，所述電壓型逆變器的輸出端分別對應連接無刷直流電機的三相繞組，所述電流採集模塊的輸入端連接無刷直流電機的三相繞組，用於採集流經三相繞組的電流，並將採集的電流送入控制器；所述控制器的輸入端還連接無刷直流電機的霍爾信號輸出端，且所述控制器的輸出端分別連接電壓型逆變器，通過對電壓型逆變器的控制實現對無刷直流電機各相是否導通的控制。此裝置可通過維持電流不變的方式抑制轉矩脈動。本發明還公開一種基於無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置的抑制方法。
【專利說明】一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置及抑制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於電子控制領域，特別涉及一種基於維持電流不變的無刷直流電機低速 轉矩脈動的抑制裝置及抑制方法。
【背景技術】
[0002] 無刷直流電機具有體積小、性能好、結構簡單、可靠性高、輸出轉矩大等優點，然而 無刷直流電機換相時產生的換相轉矩脈動，可引起電機抖動、噪聲，限制了該類電機的應用 範圍。以無刷直流電機二二導通、三相六狀態為例，低速運轉的無刷直流電機在換相的時 候，不變相的電流會有所變化，這就產生了轉矩脈動，歸其原因是導通相的電流變化太快， 所以減緩導通相電流變化，使不變相的電流趨於不變能起到抑制轉矩脈動的作用。本案正 是基於這種思路而形成。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的，在於提供一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置及抑制方 法，其可通過維持電流不變的方式抑制轉矩脈動。
[0004] 為了達成上述目的，本發明的解決方案是：
[0005] -種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置，包括電壓型逆變器、控制器和電流 採集模塊，其中，所述電壓型逆變器的輸出端分別對應連接無刷直流電機的三相繞組，所述 電流採集模塊的輸入端連接無刷直流電機的三相繞組，用於採集流經三相繞組的電流，並 將採集的電流送入控制器；所述控制器的輸入端還連接無刷直流電機的霍爾信號輸出端， 且所述控制器的輸出端分別連接電壓型逆變器，通過對電壓型逆變器的控制實現對無刷直 流電機各相是否導通的控制。
[0006] 上述電壓型逆變器包括直流電壓源和三相橋式逆變器，三相橋式逆變器由6個功 率管M0S1-M0S6兩兩一組先串聯再並聯形成，所述直流電壓源連接三相橋式逆變器的輸入 端，而三相橋式逆變器的三個輸出端作為電壓型逆變器的輸出端，分別對應連接無刷直流 電機的三相繞組。
[0007] 上述電壓型逆變器還包括三個電容器，三個電容器的一端分別與三相橋式逆變器 的三個輸出端對應連接，三個電容器的另一端連接於一點。
[0008] -種基於如前所述的無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置的抑制方法，包括如 下步驟：
[0009] (1)控制器採集無刷直流電機的霍爾信號，並根據採集到的霍爾信號計算得到無 刷直流電機在換相時的導通相X和不變相Y ;
[0010] (2)電流採集模塊分別採集不變相Y在換相時的電流Iy和穩定時的電流I yl ;
[0011] (3)控制器對前述電流1^1#進行判斷，若換相時Ily-IylI >a，則控制導通相X關 斷，返回步驟（2);若Ily-IylI < a，則控制換相時新的導通相X導通，進入步驟（4);其中，a 表示不變相Y穩定時的電流Iyl的百分之一；
[0012] (4)繼續判斷Iy是否趨於穩定，若不穩定則返回步驟（2)，穩定則結束。
[0013] 上述步驟（4)中，若Iy的變動幅度在1%內，判斷其趨於穩定。
[0014] 採用上述方案後，本發明通過減緩換相時導通相的電流上升速度來使不變相電流 趨於不變，從而達到抑制轉矩脈動的作用，結構簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明抑制裝置的整體架構圖；
[0016] 圖2是無刷直流電機各相繞組的感應電勢和輸入電流圖；
[0017] 其中，（a)、（b)、（c)分別表示A、B、C三相繞組的感應電勢，（d)、（e)、（f)分別表 示A、B、C三相繞組的輸入電流；
[0018] 圖3是本發明抑制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0020] 如圖1所示，本發明提供一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置，用於對圖1 中的無刷直流電機進行控制，所述抑制裝置包括電壓型逆變器、控制器和電流採集模塊，其 中，電壓型逆變器包括直流電壓源、三相橋式逆變器和三個電容器，三相橋式逆變器由6個 功率管M0S1-M0S6兩兩一組先串聯再並聯形成，所述直流電壓源連接三相橋式逆變器的輸 入端，而三個電容器的一端分別與三相橋式逆變器的三個輸出端對應連接，三個電容器的 另一端連接於一點，且三相橋式逆變器的三個輸出端作為電壓型逆變器的輸出端；所述電 壓型逆變器的輸出端分別對應連接無刷直流電機的三相繞組（也即三個電容器並聯在三 相繞組兩端，用於吸收換流時負載電感中存儲的能量）；所述電流採集模塊的輸入端連接 無刷直流電機的三相繞組，用於採集流經三相繞組的電流，並將採集的電流送入控制器；所 述控制器（本實施例採用單片機）的輸入端還連接無刷直流電機的霍爾信號輸出端，且所 述控制器的輸出端分別連接電壓型逆變器中的6個功率管的控制端，用於控制各功率管的 開通與關閉。
[0021] 如圖2所示，是無刷直流電機各相繞組的感應電勢和輸入電流圖，三相反電動勢 為梯形波，梯形波平頂寬度為120°電角，三相對稱，控制電流為理想方波，與梯形波反電動 勢平頂等寬，電流與反電動勢同正負，在某一運行狀態裡，電磁轉矩正比於各相感應電動勢 和輸入電流乘積之和。
[0022] 配合圖3所示，本發明還提供一種基於前述無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝 置的抑制方法，包括如下步驟：
[0023] (1)控制器採集無刷直流電機的霍爾信號，並根據採集到的霍爾信號計算得到無 刷直流電機在換相時的導通相X和不變相Y ;其中，X、Y均指代三相繞組A、B、C，且存在如 表1所示的對應狀態；
[0024] 表 1
[0025]
【權利要求】
1. 一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置，其特徵在於：包括電壓型逆變器、控 制器和電流採集模塊，其中，所述電壓型逆變器的輸出端分別對應連接無刷直流電機的三 相繞組，所述電流採集模塊的輸入端連接無刷直流電機的三相繞組，用於採集流經三相繞 組的電流，並將採集的電流送入控制器；所述控制器的輸入端還連接無刷直流電機的霍爾 信號輸出端，且所述控制器的輸出端分別連接電壓型逆變器，通過對電壓型逆變器的控制 實現對無刷直流電機各相是否導通的控制。
2. 如權利要求1所述的一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置，其特徵在於：所述電壓型逆變器包括直流電壓源和三相橋式逆變器，三相橋式逆變器由6個功率管 M0S1-M0S6兩兩一組先串聯再並聯形成，所述直流電壓源連接三相橋式逆變器的輸入端，而 三相橋式逆變器的三個輸出端作為電壓型逆變器的輸出端，分別對應連接無刷直流電機的 三相繞組。
3. 如權利要求2所述的一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置，其特徵在於：所 述電壓型逆變器還包括三個電容器，三個電容器的一端分別與三相橋式逆變器的三個輸出 端對應連接，三個電容器的另一端連接於一點。
4. 一種基於如權利要求1所述的無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制裝置的抑制方法， 其特徵在於：包括如下步驟： (1) 控制器採集無刷直流電機的霍爾信號，並根據採集到的霍爾信號計算得到無刷直 流電機在換相時的導通相X和不變相Y ; (2) 電流採集模塊分別採集不變相Y在換相時的電流Iy和穩定時的電流Iyl ; (3) 控制器對前述電流17、171進行判斷，若換相時|ly-Iyl| >a，則控制導通相X關斷， 返回步驟（2);若|ly_Iyl| <a，則控制換相時新的導通相X導通，進入步驟（4);其中，a表 示不變相Y穩定時的電流Iyl的百分之一； (4) 繼續判斷Iy是否趨於穩定，若不穩定則返回步驟（2)，穩定則結束。
5. 如權利要求4所述的一種無刷直流電機低速轉矩脈動的抑制方法，其特徵在於：所 述步驟（4)中，若Iy的變動幅度在1%內，判斷其趨於穩定。
【文檔編號】H02P6/10GK104393800SQ201410679436
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優先權日:2014年11月24日
【發明者】魏海峰, 張懿 申請人:江蘇科技大學