无刷直流电机非换相相电流采样逆变器结构

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1、第44卷第4期电力电子技术Vo1．44．No．420l0年4月PowerElectronicsApril，2010无刷直流电机非换相相电流采样的逆变器结构王爽，李铁才’，王治国(1．哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001；2．深圳航天科技创新研究院，广东深圳518057)摘要：提出了一种新型的逆变器结构，将传统的三相桥逆变器中与功率开关管反并联安装的续流二极管独立开，通过采用磁感应式电流传感器．实现无刷直流电机的非换相相电流的采样，从而使得电磁转矩的精确控制成为可能。理论分析及实验结果证明了该结构的可行性及有效性。关键词：逆变器；无刷直流电机；非换相相电流；电磁转矩控制

2、中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1000-100X(2010)04—0019—02ANovelInverterStructureUsedforBLDCMNon-commutationPhaseCurrentSamplingWANGShuang，LITie—cai，WANGZhi—guo(1．HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China；2．ShenzhenAcademyofAerospaceTechnology，Shenzhen518057，China)Abstract：Anovelinverterstruct

3、ureisproposed．Freewheelingdiodesareisolatedwithpowerswitchesinthistopology，whichareanti—parallelconnectedwiththepowerswitchesintraditionalthreephasebridgeinverter．Byadoptingthemag—neticinductioncurrentsensor，thenon—commutationphasecurentofbrushlessDCmotor(BLDCM)canbesampledwiththisinverte

4、rstructure，andthismakesitpossibletorealizetheaccuratecontrolofelectromagnetictorque．Thetheoreticalanalysisandexperimentalresultsbothtestifythefeasibilityandeffectivenessoftheproposedinverterstructure．Keywords：inverter；brushlessDCmotor；non—commutationphasecurrent；electromagnetictorquecontr

5、ol1引言2非换相相电流无刷直流电机(BLDCM)由于采用电子换相取BLDCM的转矩方程为：代了直流电机的电刷功能．因此逆变器是无刷电机=-_(eu+e』+ej)(1)控制系统中的重要组成部分，其结构影响着系统的m式中：⋯i，i为电机相绕组的瞬时电流；e⋯e，e为电机相反控制性能。目前BLDCM的逆变桥结构主要有采用电动势瞬时值；为电机的机械角速度瞬时值；为电磁力PAM控制的半桥驱动系统架构_l_2J和三相桥逆变器矩瞬时值。架构_3_，以及采用PWM控制的三相桥逆变器架构l4J三相星形连接的方波BLDCM大多采用三相六后者具有更快的响应速度，提供了续流回路，在减少拍控制。

6、在理想状态下．任意时刻都有两相导通，每开关器件的同时增加了系统的可靠性．已逐渐取代60。电角度换相一次，从而产生步进的旋转磁场，定PAM架构成为BLDCM系统的首选方案。通过采样子磁场和转子磁场相互作用产生电磁力矩。实际上直流母线电流来控制电磁转矩的方式目前被广泛应由于电机绕组的电感作用，在换相期间三相绕组会用于BLDCM控制领域。但换相期间由于逆变桥内同时有电流通过。根据PWM调制方式的不同，逆变会形成内环流，导致直流母线电流无法真实地反映桥内会形成内环流．导致直流母线电流无法真实地产生电磁转矩的电流．因此控制直流母线电流的方反映产生电磁转矩的电流。式仅能应用于转矩的近

7、似控制或过流保护控制。通现以W相绕组作为非换相相，假设换相时刻反过采样三相绕组电流．可实现电磁转矩的精确控制，电动势保持不变，那么eu=e：一e=±E。因++=0，但该方案需要3个独立的电流传感器、并需在3个根据转矩方程(1)可得：采样值问进行切换控制．其控制电路累赘、复杂，且调整困难、可靠性差．所以极少被采用。为此设计了：±(2)09m新型的三相逆变桥架构，通过采用磁感应式电流传由此可见，产生转矩的电流为非换相相电流，因感器，消除了检测死区，简单、准确地采样到非换相此通过控制非换相相电流即可控制转矩。相绕组的电流，使电磁转矩