大功率无刷直流电机转矩波动控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，包括储能模块、逆变模块、母线电流检测模块、母线电压检测模块、相电流检测模块以及单片机。本发明专利技术还公开一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置的控制方法，从电压控制和电流控制两方面综合考虑，非换相期间和换相期间采用不同的方法控制转矩波动，控制方法灵活，既可有效防止电网波动导致驱动系统过压欠压，进而造成无刷直流电机输出转矩波动，同时可以保证无刷直流电机换相过程导致的换相转矩波动最小化。

【技术实现步骤摘要】
大功率无刷直流电机转矩波动控制装置及控制方法
本专利技术涉及无刷直流电机控制
，更具体地说，本专利技术涉及一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置及控制方法。
技术介绍
无刷直流电机作为一种新型的机电一体化产品，因其效率高、功率密度大、调速性能好、控制简单等一系列优点，已广泛应用于工业控制、航空航天、数控机床、微特加工等领域。由于电机绕组呈现感性，换相期间绕组电流无法在瞬间发生改变，而是有一个变化的过程，因而电流波形并非是理想的矩形波形，而近似为梯形波，从而造成电机内的电流波动，引起换相转矩波动。对于一台制造质量良好的无刷电机来说，其齿槽转矩脉动和谐波转矩脉动均较小，而换相转矩波动就成为其主要存在的问题，因此改善无刷直流电机换相转矩波动及控制性能成为研究的热点和难点。目前，工业领域大多从控制的角度通过对相电流的控制来抑制转矩波动，但是，对于大功率无刷直流电机来说，其相电流幅值过大，由电网波动引起的母线大电压波动也较大，对其控制本身存在一定的困难，加上生产实际运行中受到电机转速等因素的影响，对转矩波动进行有效控制显得更为困难。综上所述，提出一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，针对大功率无刷直流电机转矩波动明显的问题，本案从电流控制和电压控制两方面共同着手来有效控制大功率无刷直流电机的转矩波动，将电网电压波动对电机转矩波动的影响考虑在其中，通过对母线电压及时调整以及对线电流和相电流的控制，既可有效防止无刷直流电机非换相期间由于电网电压波动导致的转矩波动，同时可以防止换相期间相电流变化率不一致导致的换相转矩波动。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，包括:逆变模块，其输入端与电源连接，所述逆变模块的输出端连接直流电机的电流输入端；储能模块，其包括电池储能单元、第一支路以及第二支路，所述电池储能单元输出正极分别连接所述第一支路和第二支路，所述第一支路由依次连接的第一常开继电器、第一常闭继电器以及降压斩波电路组成，所述第二支路由依次连接的第二常开继电器、第二常闭继电器以及升压斩波电路组成，两路并联后输出连接在所述逆变模块的直流端上，所述第一常开继电器和第二常开继电器的输入端分别连接在所述电池储能单元输出正极端上，所述储能模块和逆变模块间并联一端电容，所述储能模块和逆变模块间的直流正极上串联一开关管；母线电流检测模块，其连接在所述逆变模块的直流端上；母线电压检测模块，其连接在所述端电容两侧；相电流检测模块，其连接在所述直流电机的电源输入端上；以及单片机，其输入端分别连接所述母线电流检测模块、母线电压检测模块以及相电流检测模块的输出端，所述单片机的输出端分别连接所述逆变模块、储能模块和开关管的控制端；其中，所述直流电机上设置有用于确定直流电机开通相和关断相的霍尔传感器，所述霍尔传感器输出端与所述单片机输入端连接，所述第一常开继电器、第一常闭继电器、第二常开继电器、第二常闭继电器构成互锁装置。优选的，所述降压斩波电路包括依次连接的第一IGBT和第一电感以及阴极端连接在所述第一IGBT和第一电感之间的第一二极管，所述第一二极管的阳极端连接在所述端电容负极端，所述第一IGBT连接所述第一常闭继电器，所述第一电感连接所述端电容正极端。优选的，所述升压斩波电路包括依次连接的第二电感和第二二极管以及第一端连接在所述第二电感和第二二极管之间的第二IGBT，所述第二IGBT第二端连接所述端电容负极端，所述第二电感连接所述第二常闭继电器，所述第二二极管阴极连接所述端电容正极端。优选的，所述逆变模块依次由第三IGBT至第八IGBT组成的三对IGBT桥臂连接而成，所述端电容两侧通过一整流单元连接电网；所述开关管为第九IGBT，其连接所述端电容的正极端与所述逆变模块的直流输入端，所述单片机输出端连接各个所述IGBT的驱动端。优选的，所述端电容两端还连接有一次稳压电路，其包括依次连接的第三常开继电器、可调电感、第三二极管、由四个三极管构成的双臂电桥和连接在所述双臂电桥之间的缓充电容，所述第三常开继电器与所述端电容的正极端连接，所述双臂电桥的第一端连接所述第三二极管的阴极端，所述双臂电桥的第二端连接所述端电容的负极端，各个所述三极管控制端与所述单片机连接。一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置的控制方法，包括以下步骤：步骤一、系统开机时，无刷直流电机未启动，母线电压检测模块在每个算法周期内检测一次端电容间的母线电压，经过100个周期检测后，单片机计算平均母线电压Udcavg；步骤二、启动无刷直流电机，在无刷直流电机非换相期间，母线电压检测模块在每个算法周期内检测一次端电容间的实时母线电压U'dc，母线电流检测模块同样在每个算法周期内检测一次母线电流，经过50个周期检测后，单片机计算平均母线电流I0avg，同时在每个算法周期内，通过单片机判断实时母线电压U'dc与步骤一中计算的平均母线电压Udcavg大小，通过储能模块中相应的继电器和IGBT调节非换相期间实时母线电压U'dc的大小，达到非换相期间实时母线电压U'dc与平均母线电压Udcavg间的动态平衡，以平稳在非换相期间无刷直流电机的输出转矩；步骤三、在无刷直流电机换相期间，首先使储能模块中第一常开继电器和第二常开继电器处于常开状态，母线电流检测模块在每个算法周期内检测一次母线电流，经过5个周期检测后，单片机计算平均母线电流I'0avg，通过单片机判断换相期间的平均母线电流I'0avg与步骤二计算出的非换相期间的平均母线电流I0avg的大小，从而判断无刷直流电机所处的转速段，进而在不同的转速段通过相应的PWM波控制相应的IGBT通断来控制母线电流以及相电流的大小，以平稳母线电流，并最小化无刷直流电机的转矩波动。优选的，步骤二中，在非换相期间通过储能模块相应的继电器以及IGBT调节实时母线电压U'dc与平均母线电压Udcavg间动态平衡的控制方法是：当单片机检测到U'dc＜Udcavg时，储能模块具有的第二支路的第二常开继电器闭合，第二常闭继电器仍处在闭合状态，升压斩波电路导通，降压斩波电路关断，通过PWM波控制升压斩波电路中的IGBT通断来提升输出端端电容的储能值，将实时母线电压U'dc提升至达到平均母线电压Udcavg的值；当单片机检测到U'dc＞Udcavg时，储能模块具有的第一支路的第一常开继电器闭合，第一常闭继电器仍处在闭合状态，降压斩波电路导通，升压斩波电路关断，通过PWM波控制降压斩波电路中的IGBT通断来降低输出端端电容的储能值，将实时母线电压U'dc下降至平均母线电压Udcavg的值，其中，所述PWM波来自一个闭环输出：每个算法周期内，将实时母线电压U'dc与平均母线电压Udcavg作差送入一个PI控制器，PI控制器输出为控制IGBT的PWM波。优选的，步骤三中，所述换相期间无刷直流电机所处转速段的判断方法具体为：当单片机检测到|I'0avg|＞|I0avg|时，则判断无刷直流电机处于低转速段，当单片机检测到|I'0avg|＜|I0avg|时，则判断无刷直流电机处于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，其特征在于，包括：逆变模块，其输入端与电源连接，所述逆变模块的输出端连接直流电机的电流输入端；储能模块，其包括电池储能单元、第一支路以及第二支路，所述电池储能单元输出正极分别连接所述第一支路和第二支路，所述第一支路由依次连接的第一常开继电器、第一常闭继电器以及降压斩波电路组成，所述第二支路由依次连接的第二常开继电器、第二常闭继电器以及升压斩波电路组成，两路并联后输出连接在所述逆变模块的直流端上，所述第一常开继电器和第二常开继电器的输入端分别连接在所述电池储能单元输出正极端上，所述储能模块和逆变模块间并联一端电容，所述储能模块和逆变模块间的直流正极上串联一开关管；母线电流检测模块，其连接在所述逆变模块的直流端上；母线电压检测模块，其连接在所述端电容两侧；相电流检测模块，其连接在所述直流电机的电源输入端上；以及单片机，其输入端分别连接所述母线电流检测模块、母线电压检测模块以及相电流检测模块的输出端，所述单片机的输出端分别连接所述逆变模块、储能模块和开关管的控制端；其中，所述直流电机上设置有用于确定直流电机开通相和关断相的霍尔传感器，所述霍尔传感器输出端与所述单片机输入端连接，所述第一常开继电器、第一常闭继电器、第二常开继电器、第二常闭继电器构成互锁装置。...

【技术特征摘要】
1.一种大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，其特征在于，包括：逆变模块，其输入端与电源连接，所述逆变模块的输出端连接直流电机的电流输入端；储能模块，其包括电池储能单元、第一支路以及第二支路，所述电池储能单元输出正极分别连接所述第一支路和第二支路，所述第一支路由依次连接的第一常开继电器、第一常闭继电器以及降压斩波电路组成，所述第二支路由依次连接的第二常开继电器、第二常闭继电器以及升压斩波电路组成，两路并联后输出连接在所述逆变模块的直流端上，所述第一常开继电器和第二常开继电器的输入端分别连接在所述电池储能单元输出正极端上，所述储能模块和逆变模块间并联一端电容，所述储能模块和逆变模块间的直流正极上串联一开关管；母线电流检测模块，其连接在所述逆变模块的直流端上；母线电压检测模块，其连接在所述端电容两侧；相电流检测模块，其连接在所述直流电机的电源输入端上；以及单片机，其输入端分别连接所述母线电流检测模块、母线电压检测模块以及相电流检测模块的输出端，所述单片机的输出端分别连接所述逆变模块、储能模块和开关管的控制端；其中，所述直流电机上设置有用于确定直流电机开通相和关断相的霍尔传感器，所述霍尔传感器输出端与所述单片机输入端连接，所述第一常开继电器、第一常闭继电器、第二常开继电器、第二常闭继电器构成互锁装置。2.如权利要求1所述的大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，其特征在于，所述降压斩波电路包括依次连接的第一IGBT和第一电感以及阴极端连接在所述第一IGBT和第一电感之间的第一二极管，所述第一二极管的阳极端连接在所述端电容负极端，所述第一IGBT连接所述第一常闭继电器，所述第一电感连接所述端电容正极端。3.如权利要求2所述的大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，其特征在于，所述升压斩波电路包括依次连接的第二电感和第二二极管以及第一端连接在所述第二电感和第二二极管之间的第二IGBT，所述第二IGBT第二端连接所述端电容负极端，所述第二电感连接所述第二常闭继电器，所述第二二极管阴极连接所述端电容正极端。4.如权利要求3所述的大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，其特征在于，所述逆变模块依次由第三IGBT至第八IGBT组成的三对IGBT桥臂连接而成，所述端电容两侧通过一整流单元连接电网；所述开关管为第九IGBT，其连接所述端电容的正极端与所述逆变模块的直流输入端，所述单片机输出端连接各个所述IGBT的驱动端。5.如权利要求4所述的大功率无刷直流电机转矩波动控制装置，其特征在于，所述端电容两端还连接有一次稳压电路，其包括依次连接的第三常开继电器、可调电感、第三二极管、由四个三极管构成的双臂电桥和连接在所述双臂电桥之间的缓充电容，所述第三常开继电器与所述端电容的正极端连接，所述双臂电桥的第一端连接所述第三二极管的阴极端，所述双臂电桥的第二端连接所述端电容的负极端，各个所述三极管控制端与所述单片机连接。6.一种如权利要求5所述的大功率无刷直流电机转矩波动控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、系统开机时，无刷直流电机未启动，母线电压检测模块在每个算法周期内检测一次端电容间的母线电压，经过100个周期检测后，单片机计算平均母线电压Udcavg；步骤二、启动无刷直流电机，在无刷直流电机非换相期间，母线电压检测模块在每个算法周期内检测一次端电容间的实时母线电压U'dc，母线电流检测模块同样在每个算法周期内检测一次母线电流，经过50个周期检测后，单片机计算平均母线电流I0avg，同时在每个算法周期内，通过单片机判断实时母线电压U'dc与步骤一中计算的平均母线电压Udcavg大小，通过储能模块中相应的继电器和IGBT调节非换相期间实时母线电压U'dc的大小，达到非换相期间实时母线电压U'dc与平均母线电压Udcavg间的动态平衡，以平稳在非换相期间无刷直流电机的输出转矩；步骤三、在无刷直流电机换相期间，首先使储能模块中第一常开继电器和第二常开继电器处于常开状态，母线电流检测模块在每个算法周期内检...

【专利技术属性】
技术研发人员：储建华，韦汉培，王刚，扶文树，左昱昱，
申请(专利权)人：江苏开璇智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32