[发明专利]一种大电流无刷直流电机的主电路及控制方法

说明书

技术领域

本发明一种大电流无刷直流电机的主电路及控制方法，属于电动机控制和电力电子技术应用领域。

背景技术

目前，无刷直流电机均采用可关断功率器件，如：IGBT等，来实现电机绕组的换流。但是，对于大电流（大于等于100A）无刷直流电机，采用可关断器件实现电机绕组换流，具有功率器件的成本高，耐电流冲击能力弱，造成大电流无刷直流电机运行可靠性降低等缺点。但是采用晶闸管作为大电流无刷直流电机绕组换流的开关器件，存在晶闸管关断困难、电机绕组电流连续调节困难等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种大电流无刷直流电机的主电路及控制方法，通过触发辅助晶闸管和换向电容强迫关断主电路晶闸管，实现电机绕组换流，通过控制辅助功率器件IGBT的导通占空比，实现电机绕组电流的连续调节，达到大电流无刷直流电机换流可靠、转矩连续可控、四象限运行的目的。

本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：一种大电流无刷直流电机的主电路，电源P端连接第一IGBT集电极，第一IGBT发射极连接储能电感L1一端、第一二极管D1一端，第一二极管D1另一端连接第二IGBT发射极，第二IGBT集电极连接电源N端；储能电感L1另一端分别连接第一晶闸管S1、第三晶闸管S3、第五晶闸管S5、第七晶闸管S7的阳极，所述第一晶闸管S1、第三晶闸管S3、第五晶闸管S5、第七晶闸管S7的阴极分别连接第四晶闸管S4、第六晶闸管S6、第二晶闸管S2、第八晶闸管S8的阳极，所述第四晶闸管S4、第六晶闸管S6、第二晶闸管S2、第八晶闸管S8的阴极连接电源N端；所述第一晶闸管S1、第三晶闸管S3、第五晶闸管S5的阴极分别连接无刷直流电机的三相绕组，无刷直流电机的三相绕组公共端D端通过换向电容C1连接第八晶闸管S8的阳极。

所述第二IGBT的发射极、集电极之间连接有耗能电阻R1。所述第二IGBT的发射极、集电极之间连接有续流二极管。所述第一IGBT的发射极、集电极之间连接有续流二极管。一种大电流无刷直流电机的控制方法，采用半可控功率器件：晶闸管，取代全可控功率器件，作为大电流无刷直流电机各个绕组的换流的开关器件；采用大功率可关断器件：IGBT，调节无刷直流电机的电流，实现大电流无刷直流电机的电磁转矩连续可控和电机的四象限运行。

一种大电流无刷直流电机的控制方法，在无刷直流电机处于电动状态时，控制第一IGBT导通时，电机电流增加，且一部分电能储存在储能电感L1中；当控制第一IGBT关断时，存储在电感L1中的能量继续可以继续向电机提供电流，电机电流缓慢下降，通过调节第一IGBT导通占空比，控制无刷直流电机绕组中的电流大小；在无刷直流电机处于制动状态时，控制第二IGBT导通时，电机电流通过第二IGBT、第一二极管D1、晶闸管S1、S2、S3、S4、S5、S6和电机绕组构成回路；当控制第二IGBT关断时，电机电流通过耗能电阻R1、第一二极管D1、晶闸管S1、S2、S3、S4、S5、S6和电机绕组构成回路，电机制动时的机械能转变成电能消耗在制动耗能电阻R1中，通过调节第二IGBT导通占空比，控制无刷直流电机制动时电流的大小。

本发明一种大电流无刷直流电机的主电路及控制方法，采用半可控功率器件：晶闸管，取代全可控功率器件，如IGBT等，作为大电流无刷直流电机各个绕组的换流的开关器件，可以大幅度降低大电流无刷直流电机驱动控制器的成本。采用大功率可关断器件调节无刷直流电机的电流，实现大电流无刷直流电机的电磁转矩连续可控和电机的四象限运行。六个主晶闸管和两个辅助晶闸管以及换向电容共同实现电机三相绕组的可靠换流，达到大电流无刷直流电机可以运转的基本条件。调节功率器件第一IGBT的导通占空比，就可以有效控制无刷直流电机绕组中的电流大小，实现大电流无刷直流电机电磁转矩的连续可控。调节第二IGBT导通占空比，就可以有效控制无刷直流电机制动时电流的大小，实现大电流无刷直流电机制动转矩的连续可控和四象限运行。

本发明采用半可控功率器件：晶闸管，来实现大电流无刷直流电机各绕组的换流，主电路成本可以明显降低，且晶闸管耐电流冲击能力大大高于可关断功率器件，从而可以提高大电流无刷直流电机运行可靠性，无刷直流电机的功率越大。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明主电路原理图。

图2是本发明无刷直流电机绕组换流的原理图。

图3是本发明换流过程的波形图。

图4是本发明电机电动工况时控制电流的原理图。