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专利号: 2018116252922
申请人: 武汉工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无刷直流电机转矩脉动的抑制系统,其特征在于,包括电压型逆变器(2)、控制器(4)和采样电路(5);

所述电压型逆变器(2)用于控制无刷直流电机(3)的三相开通与关闭;

所述采样电路(5)用于采集所述无刷直流电机(3)运行过程中的三相相电流,并将采集的所述三相相电流发送至所述控制器(4);

所述控制器(4)用于接收所述三相相电流和所述无刷直流电机(3)的霍尔传感器采集的霍尔信号;还用于根据所述三相相电流和所述霍尔信号判断所述无刷直流电机(3)是否处于换相状态,当判断结果为否时,采用两两导通控制方式控制所述电压型逆变器(2),当判断结果为是时,采用两两导通与三三导通切换控制方式控制所述电压型逆变器(2)。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制系统,其特征在于,所述采样电路(5)的三个输入端分别与所述无刷直流电机(3)的三相绕组对应电连接,且输出端与所述控制器(4)的输入端电连接;所述采样电路(5)还具体用于采集所述无刷直流电机(3)运行过程中的三相定子端电压,并将采集的所述三相定子端电压发送至所述控制器(4)。

3.根据权利要求2所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制系统,其特征在于,所述控制器(4)包括A/D转换电路(41)、计算电路(42)、换相控制电路(43)、PID控制电路(44)和PWM信号电路(45);

所述A/D转换电路(41)的输入端分别与所述采样电路(5)的输出端和所述无刷直流电机(3)的霍尔信号输出端电连接,所述A/D转换电路(41)用于对所述三相相电流、所述三相定子端电压和所述霍尔信号分别进行模数转换;

所述计算电路(42)的输入端与所述A/D转换电路(41)的输出端电连接,所述计算电路(42)的输出端分别与所述PID控制电路(44)的输入端和所述换相控制电路(43)的输入端电连接,所述计算电路(42)用于根据所述霍尔信号经模数转换后的结果计算所述无刷直流电机(3)的转速,并根据所述转速和所述三相相电流经模数转换后的结果判断所述无刷直流电机(3)是否处于换相状态,并将判断结果作为所述换相控制电路(43)的输入;所述计算电路(42)还用于根据所述三相相电流和所述三相定子端电压经模数转换后的结果计算所述无刷直流电机(3)在所述两两导通与三三导通切换控制方式下的三三导通过程中的关断相占空比,并将所述关断相占空比作为所述PID控制电路(44)的输入;

其中,所述关断相占空比的具体公式为:

d2为所述关断相占空比,Udc为所述电压型逆变器(2)的直流输入端电压,ex、ey和ez分别为所述两两导通与三三导通切换控制方式下,根据所述三相相电流和所述三相定子端电压计算得到的非换相相反电动势、开通相反电动势和关断相反电动势,d和d1分别为所述两两导通与三三导通切换控制方式下,根据所述三相相电流和所述三相定子端电压获取的非换相相占空比和开通相占空比;

所述换相控制电路(43)的输入端与所述计算电路(42)的输出端电连接,所述换相控制电路(43)的输出端与所述电压型逆变器(2)的输入端电连接,所述换相控制电路(43)用于根据所述计算电路(42)判断所述无刷直流电机(3)是否处于换相状态的所述判断结果控制所述电压型逆变器(2)对应的换相控制信号的生成;

所述PID控制电路(44)的输入端与所述计算电路(42)的输出端电连接,所述PID控制电路(44)的输出端与所述PWM信号电路(45)的输入端电连接,所述PID控制电路(44)用于根据所述占空比控制所述电压型逆变器(2)对应的PWM信号的生成;

所述PWM信号电路(45)的输入端与所述PID控制器(44)的输出端电连接,所述PWM信号电路(45)的输出端与所述电压型逆变器(2)的输入端电连接,所述PWM信号电路(45)用于根据所述PWM信号对所述电压型逆变器(2)进行调制。

4.根据权利要求3所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制系统,其特征在于,还包括驱动保护电路(6),所述驱动保护电路(6)的输入端分别与所述PWM信号电路(45)的输出端和所述换相控制电路(43)的输出端电连接,所述驱动保护电路(6)的输出端与所述电压逆变器(2)的输入端电连接,所述驱动保护电路(6)用于根据所述PWM信号和所述换相控制信号对所述电压型逆变器(2)进行保护。

5.根据权利要求1所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制系统,其特征在于,还包括滤波电路(7),所述滤波电路(7)的三端输入端分别与所述无刷直流电机(3)对应的三相绕组电连接,所述滤波电路(7)的三端输出端分别与所述采样电路(5)的三端输入端电连接,用于对所述采样电路(5)的采集过程进行滤波处理。

6.根据权利要求1-5任一项所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制系统,其特征在于,还包括电源(1),所述电源(1)用于为所述电压型逆变器(2)提供直流输入端电压,所述电压型逆变器(2)具体为三相全桥逆变器,所述三相全桥逆变器的输入端分别与所述电源(1)和所述控制器(4)的输出端电连接,且所述三相全桥逆变器的三个输出端分别与所述无刷直流电机(3)的三相绕组对应电连接;

所述三相全桥逆变器包括六个开关管,分别为第一开关管VT1、第二开关管VT2、第三开关管VT3、第四开关管VT4、第五开关管VT5和第六开关管VT6;六个所述开关管均为三极管,且每个所述开关管的集电极和发射极之间均反向并联一个二极管;所述第一开关管VT1与所述第四开关管VT4连接构成所述三相全桥逆变器的A相,且所述第一开关管VT1为A相上管,所述第四开关管VT1为A相下管;所述第三开关管VT3与所述第六开关管VT6连接构成所述三相全桥逆变器的B相,且所述第三开关管VT3为B相上管,所述第六开关管VT6为B相下管;所述第五开关管VT5与所述第二开关管VT2连接构成所述三相全桥逆变器的C相,且所述第五开关管VT5为C相上管,所述第二开关管VT2为C相下管;所述第一开关管VT1、所述第三开关管VT3和所述第五开关管VT5的集电极汇接并与所述电源(1)的正极电连接,所述第二开关管VT2、所述第四开关管VT4和所述第六开关管VT6的发射极汇接并与所述电源(1)的负极电连接后接地;且所述第一开关管VT1的发射极与所述第四开关管VT4的集电极汇接后,所述第三开关管VT3的发射极与所述第六开关管VT6的集电极汇接后,以及所述第五开关管VT5的发射极与所述第二开关管VT2的集电极汇接后,均分别经过一个电阻和一个电感汇聚于所述无刷直流电机(3)的电机中点。

7.一种无刷直流电机转矩脉动的抑制方法,其特征在于,其采用权利要求1-6任一项所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制系统,包括以下步骤:步骤1:获取所述无刷直流电机中的所述霍尔传感器采集的所述霍尔信号和所述无刷直流电机运行过程中的所述三相相电流,并根据所述霍尔信号和所述三相相电流判断所述无刷直流电机是否处于换相状态,若否,进入步骤2,若是,进入步骤3;

步骤2:采用所述两两导通控制方式控制所述电压型逆变器;

步骤3:采用所述两两导通与三三导通切换控制方式控制所述电压型逆变器。

8.根据权利要求7所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制方法,其特征在于,在所述步骤

1中,根据所述霍尔信号和所述三相相电流判断所述无刷直流电机是否处于换相状态具体包括以下步骤:

步骤11:根据所述霍尔信号确定所述无刷直流电机的转子转速;

步骤12:根据所述转子转速和所述三相相电流判断所述无刷直流电机是否处于换相状态。

9.根据权利要求7所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制方法,其特征在于,在所述步骤

1中,还包括获取所述无刷直流电机运行过程中的三相定子端电压。

10.根据权利要求9所述的无刷直流电机转矩脉动的抑制方法,其特征在于,所述步骤3具体包括以下步骤:

步骤31:根据所述三相定子端电压和所述三相相电流计算所述无刷直流电机在所述两两导通与三三导通切换控制方式下的非换相相反电动势、开通相反电动势和关断相反电动势;

步骤32:根据所述三相相电流和所述三相定子端电压获取所述无刷直流电机在所述两两导通与三三导通切换控制方式下对应的非换相相占空比和开通相占空比;

步骤33:根据所述非换相相反电动势、所述开通相反电动势和所述关断相反电动势,以及对应的所述非换相相占空比和所述开通相占空比计算在所述两两导通与三三导通切换控制方式下的三三导通过程中的关断相占空比;

其中,所述关断相占空比的具体公式为:

d2为所述关断相占空比,Udc为所述电压型逆变器的直流输入端电压,ex为所述非换相相反电动势,ey为所述开通相反电动势,ez为所述关断相反电动势,d为所述非换相相占空比,d1为所述开通相占空比;

步骤34:根据所述关断相占空比控制所述电压型逆变器。