[实用新型]三相直流无刷电机控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种三相直流无刷电机控制装置，属于电机技术领域。

背景技术

电动机(以下简称电机)是将电能转化为机械能的主要设备，全球80％以上的电能-机械能转换都是通过电机完成的。电机作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力源其应用几乎涵盖了所有现代工业领域，包括航空航天、军事、汽车(尤其是电动汽车)、冶金、水利、石化、采掘、电厂、钢厂等行业。

提高电机效率的有效途径是采用高效节能电机和电机控制系统。目前全球范围内大量使用的电机主要包括直流电机(DC Motor，DCM)、感应电机(Induction Motor，IM)、永磁电机(Permanent Magnet Motor，PMM)和开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM)。

其中永磁电机和开关磁阻电机都属于低能耗高效节能电机，正在被世界各国大力推广使用。开关磁阻电机结构较为简单、转速-转矩特性好，启动转矩高，但转矩脉动大、噪声大，控制系统复杂，其控制技术还处于研究发展时期。永磁电机又包括直流无刷(Brushless DC Motor，BLDC)和永磁同步(Permnent Magnet Synchronous Motor，PMSM)电机两大类。永磁电机用永磁体(稀土)产生磁场，突出优点是体积小，质量轻、基本免维护、调速范围广，能达到更高的效率和功率密度。其中，永磁同步电机目前主要用于电动汽车等需要传动的应用中，而本实用新型针对的直流无刷电机的应用遍及家电、内燃机汽车、电动汽车、飞机、直升机、重型机械等领域。

节能电机要想实现高效节能的目的，除了电机本身以外，更重要的是还要有与之相配套的电机控制系统。目前先进的电机控制系统可以实现正反转、调速、调扭矩、无传感器控制等众多功能，且具备过压、过温、过流等保护措施。应用于航空航天及军事领域的电机控制系统还要求能在-55℃至+150℃、高温高湿、强震动、机械冲击等复杂恶劣条件下长期稳定工作。

现在国际上常用的电机控制理论包括：

1)空间矢量调制(Space vector modulation，SVM)；

2)磁场定向矢量控制(Field-oriented vectorcontrol，FOC)；

3)梯形控制(Trapizoidal Control，TC)；

4)正弦控制(Sinusoidal Control，SC)；

5)脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)；

6)无传感器磁通矢量位置估算法(Sensorless flux vector position estimation，SFVPE)；

7)无传感器速度估算法(Sensorless speed estimation，SSE)；

8)扩展Kalman估算法(Extended Kalman estimator，EKE)。

其中SVM在永磁同步电机、FOC在直流无刷电机控制系统中属于控制精度、效率等综合性能非常好的控制理论。

电机控制系统主要硬件包括电机控制IC和功率元件两大类。电机控制IC包括以下两大类：

1)智能控制IC：微控制单元(Micro Control Unit，MCU)、数字信号处理芯片(Digital Signal Processor，DSP)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)。

2)一般电机控制IC。

功率元件主要包括金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)和绝缘栅型双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。

其中MOSFET元件一般应用于电压小于等于250V，电流小于等于50A、高转速电机控制系统中。IGBT元件则可应用于高压(目前国外永磁电机最高电压为1200V)和大电流(≦3600A)电机控制中。

在跨入二十一世纪以后，国际先进电机控制系统主要向以下几个方向发展：

(1)数字化