用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路制造技术

本发明专利技术涉及一种用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路，其特征在于主电路包括直流电源、三相脉宽调制逆变器和无刷直流电机；直流电源和三相脉宽调制逆变器之间设置辅助谐振电路，辅助谐振电路包括1个单相变压器、3个辅助开关和2个二极管；本发明专利技术直流母线之间没有设置用于形成中性点电压的大电容，无中性点电位的变化问题，所以该逆变器桥臂上的主开关可以采用相对简单的单边调制法；三相逆变器的辅助电路结构简单，只有3个辅助开关器件，2个辅助二极管和1个高频变压器，利用辅助电路中的高频变压器的等效电感与下桥臂的主开关并联的缓冲电容之间的谐振，实现逆变器主开关器件的零电压开关和辅助开关器件的零电流开关。

【技术实现步骤摘要】
用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路
本专利技术属于电力电子
，特别涉及一种用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路。
技术介绍
无刷直流电机(brushlessDCmotor,BLDCM)具有惯性低、响应快、功率密度高、稳定性好以及维修费用低等优点，因此它在工业领域中得到了广泛的应用。此外，这种电机还具有直流永磁电机的运行特性，但是电机中却不含机械的整流器和电刷，因此，与电刷有关的很多问题也同时被消除了，例如音频干扰问题，在易燃环境中工作时容易点燃潜在的火源问题等。无刷直流电机通常是由硬开关脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation,PWM)逆变器来驱动，但是这种逆变器的开关损耗大、效率低，特别是在高频下运行时，过大的电压和电流变化率会产生严重的电磁干扰和二极管反向恢复电流问题。因此，传统的硬开关逆变器对无刷直流电机驱动系统性能和功率密度的提高会产生不利影响。近几年来，软开关在功率器件中的应用受到了广泛的关注。在电机驱动系统中，软开关逆变器通常被分为三大类：谐振极逆变器、谐振直流环节逆变器和谐振交流环节逆变器。贺虎成等人在《电工技术学报》2008年第23卷第12期公开了“一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器”，但是该逆变器拓扑结构在直流母线之间设置了两个形成直流母线中性点电压的大电容，当采用单边调制这种可以降低开关损耗的控制方法时，即对上桥臂开关器件采用120°换相控制，对下桥臂的开关器件采用PWM调制，将会出现中性点电压偏移等问题，影响系统性能，因此该逆变器桥臂上的主开关采用了相对复杂的上下桥臂开关器件交替进行PWM调制的方法来维持中性点电位的平衡，而且三相逆变器的辅助开关器件多达6个，辅助电路的功率损耗较大，控制策略也比较复杂。贺虎成等人在《中国电机工程学报》2008年第28卷低12期公开了“电机驱动用新型谐振溪流环节电压源逆变器”，相比于其他用于无刷直流电机驱动系统的逆变器，该文中所提出的逆变器具有谐振网络无谐振阀值限制，谐振过程所用时间短，消耗功率小，逆变桥上的续流二极管实现了软关断，并且省去了直流环节的大电容，无中点电位偏移问题等优点，但是该逆变器拓扑结构在直流母线上串联一个辅助开关器件，其通态损耗会随着逆变器输出功率的增大而大幅度增大，将严重阻碍逆变器效率提高，而且直流母线零电压凹槽也会影响直流电压利用率和逆变器输出波形畸变率。此外，该逆变器的辅助谐振电路中用了3个辅助开关，3个谐振电容，6个辅助二极管和一个谐振电感，辅助谐振器件多达13个，这将大大的增加逆变器的体积和生产成本，在一定程度上限制了这种逆变器在无刷直流电机驱动系统中的推广应用。谐振极软开关逆变器的研究主要集中在交流异步电动机驱动，异步电动机为正弦波控制三相绕组中通有正弦电流，而无刷直流电机工作在星形三相六状态120°换相时为方波控制，只有两相通电且为方波，控制方法及开关器件的动作与异步电动机都有较大区别，因而，传统的谐振极软开关逆变技术并不完全适合于无刷直流电机，有必要研究适用于无刷直流电机的谐振极软开关逆变器。
技术实现思路
为了了能够满足无刷直流电机驱动系统的要求，本专利技术提供了一种用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路，解决了传统的谐振极软开关逆变技术并不完全适合于无刷直流电机的问题。本专利技术采用的技术方案：主电路包括直流电源、三相脉宽调制逆变器和无刷直流电机；直流电源和三相脉宽调制逆变器之间设置辅助谐振电路，辅助谐振电路包括1个单相变压器、3个辅助开关和2个二极管；辅助开关Sa、辅助开关Sb、辅助开关Sc的发射极相连在一起，辅助开关Sa、辅助开关Sb、辅助开关Sc的发射极的连接点与单相变压器原边绕组的a端相连，单相变压器原边绕组的b端与直流母线的N极相连，二极管Dr1的阴极与直流母线的P极相连，二极管Dr1的阳极与单相变压器副变绕组的d端相连，单相变压器副边绕组的c端与直流母线的N极相连，二极管Dr2的阴极与辅助开关Sa、辅助开关Sb、辅助开关Sc的发射极的连接点相连，二极管Dr2的阳极与直流母线的N极相连，辅助开关Sa的集电极分别与逆变器主开关S1的集电极、逆变器主开关S4的发射极的连接点相连，辅助开关Sb的集电极分别与逆变器主开关S3的集电极、逆变器主开关S6的发射极的连接点相连，辅助开关Sc的集电极分别与逆变器主开关S5的集电极、逆变器主开关S2的发射极的连接点相连，直流母线的P极与直流电源的正极相连，直流母线的N极与直流电源的负极相连，逆变器的正端与直流母线的P极相连，逆变器的负端与直流母线的N极相连。所述的逆变器采用单边调制方法，逆变器上桥臂的3个主开关工作在换相频率，逆变器下桥臂的3个主开关工作在PWM频率，上桥臂的主开关的工作频率远低于下桥臂的主开关的工作频率；在开通逆变器下桥臂的3个主开关时，必须提前开通相应的辅助开关，利用辅助电路中的高频变压器的等效电感与下桥臂的主开关并联的缓冲电容之间的谐振，将缓冲电容中的电量释放完，这样逆变器下桥臂的主开关就能获得零电压开通条件，实现逆变器主开关器件的零电压开关和辅助开关器件的零电流开关。所述的直流电源是把交流电整流成直流的整流电源或者是电池串并联产生的直流电源。所述的三相脉宽调制逆变器把直流电转换为交流电。所述的单相变压器的a端和d端为同名端。本专利技术的优点效果如下：本专利技术在拓扑结构和控制策略上具有以下特点：①直流母线之间没有设置用于形成中性点电压的大电容，无中性点电位的变化问题，所以该逆变器桥臂上的主开关可以采用相对简单的单边调制法；②三相逆变器的辅助电路结构简单，只有3个辅助开关器件，2个辅助二极管和1个高频变压器，利用辅助电路中的高频变压器的等效电感与下桥臂的主开关并联的缓冲电容之间的谐振，实现逆变器主开关器件的零电压开关和辅助开关器件的零电流开关。附图说明图1本专利技术用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路图；图2本专利技术本专利技术用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路单相电路图；图3本专利技术逆变电路的特征工作波形图；图4(a)本专利技术逆变电路模式1等效电路图；4(b)模式2等效电路图；4(c)模式3等效电路图；4(d)模式4等效电路图；4(e)模式5等效电路图；4(f)模式6等效电路图；4(g)模式7等效电路图；图5(a)主开关S6的端电压uS6和变压器一次绕组电流iLr的实验波形；5(b)主开关S6开通和关断时的电压uS6和电流iS6的实验波形；5(c)辅助开关Sb开通和关断时的电压uSb和电流iSb的实验波形；5(d)逆变器a相和b相输出的相电流ia和ib实验波形。具体实施方式一、电路结构参照图1，提供了一种用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变器主电路图，可用于驱动无刷直流电机。主电路包括：一个直流电源1，一个辅助谐振电路2，一个在下桥臂的三个主开关上分别并联了一个缓冲电容的三相逆变器3，一个无刷直流电机负载4。本专利技术的用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路的辅助谐振电路中，3个辅助开关Sa、Sb、Sc的发射极相连在一起，3个辅助开关Sa、Sb、Sc的发射极的连接点与单相变压器原边绕组的a端相连，单相变压器原边绕组的b端与直流母线的N极相连，二极管Dr1的阴极与直流母线的P极相连，二极管Dr1的阳极与单相变压器副本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路，其特征在于主电路包括直流电源、三相脉宽调制逆变器和无刷直流电机；直流电源和三相脉宽调制逆变器之间设置辅助谐振电路，辅助谐振电路包括1个单相变压器、3个辅助开关和2个二极管；辅助开关S

【技术特征摘要】
1.用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路，其特征在于主电路包括直流电源、三相脉宽调制逆变器和无刷直流电机；直流电源和三相脉宽调制逆变器之间设置辅助谐振电路，辅助谐振电路包括1个单相变压器、3个辅助开关和2个二极管；辅助开关Sa、辅助开关Sb、辅助开关Sc的发射极相连在一起，辅助开关Sa、辅助开关Sb、辅助开关Sc的发射极的连接点与单相变压器原边绕组的a端相连，单相变压器原边绕组的b端与直流母线的N极相连，二极管Dr1的阴极与直流母线的P极相连，二极管Dr1的阳极与单相变压器副变绕组的d端相连，单相变压器副边绕组的c端与直流母线的N极相连，二极管Dr2的阴极与辅助开关Sa、辅助开关Sb、辅助开关Sc的发射极的连接点相连，二极管Dr2的阳极与直流母线的N极相连，辅助开关Sa的集电极分别与逆变器主开关S1的集电极、逆变器主开关S4的发射极的连接点相连，辅助开关Sb的集电极分别与逆变器主开关S3的集电极、逆变器主开关S6的发射极的连接点相连，辅助开关Sc的集电极分别与逆变器主开关S5的集电极、逆变器主开关S2的发射极的连接点相连，直流母线的P极与直流电源的正极相连，直流母线的N极与直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，岳远韶，韩建荣，王天施，刘晓琴，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21