[发明专利]一种三相双凸极无刷直流电机的控制方法及其驱动系统

说明书

本发明公开一种三相双凸极无刷直流电机的控制方法，功率变换器采用三相全桥逆变器，电机的三相电枢绕组分别对应连接三相全桥逆变器三相桥臂的中点，三相电枢绕组之间采用星形连接；所述控制方法是将换相位置提前标准换相位置一个提前换相角，将相电流关断位置滞后标准相电流关断位置一个滞后关断角，利用PWM斩波实现电流闭环控制，定义相参考电流值，定义励磁电流从电源流向励磁绕组为励磁电流的正方向，定义转子逆时针方向旋转为正方向；根据励磁电流的方向、转子旋转方向、提前换相角和滞后关断角，得到四组控制逻辑。此种控制方法可提高双凸极电机的输出功率和工作效率。本发明还提供一种实现上述控制方法的三相双凸极无刷直流电机的驱动系统。

技术领域

本发明属于磁阻类同步电机驱动技术领域，特别涉及一种三相双凸极无刷直流电机的不对称电流控制方法及其驱动系统。

背景技术

双凸极电机是一类新颖的变磁阻电机，其定、转子均为凸极结构，转子上无绕组和永磁体，因其结构简单坚固、工作可靠、成本低、鲁棒性好等诸多优点，引起工业界广泛关注，尤其在恶劣环境及高速场合具有广阔的应用前景。根据励磁方式的不同，双凸极电机可以分为永磁双凸极电机、电励磁双凸极电机和混合励磁双凸极电机。永磁式双凸极电机是在电机定子上放置永磁体，实现电机的励磁，突出优点是效率高。电励磁式双凸极电机是在定子上放置一组专门的励磁绕组，实现电机外部独立励磁，突出优点是励磁大小和方向易于调节，有利于扩大电机的调速范围。混合励磁式双凸极电机旨在从功率/转矩密度、效率以及调速范围等方面综合上述两种双凸极电机的优点。双凸极电机的电枢绕组通常采用集中式绕组，以提高导线的利用率，其相数一般有三相、四相、五相等，目前应用最多的是三相双凸极电机，它的功率变换器成本相对较低。

由于双凸极电机本身反电势波形非正弦，具有高阶非线性、参数强耦合的特点，作为电动机运行时，存在控制复杂、实时性要求高等问题，现有控制方法使其功率难以得到充分发挥，电机工作效率尚待进一步提升，故本案发明人对其控制方法展开研究。角度控制策略是双凸极电机控制策略中最为常用的控制方法，主要有如下几种：1、三相三状态标准角控制方法，即在一个电周期内，完成三次电枢电流的换相，换相发生在相电感的最大值处，该方法实现简单，但效果不好，电机输出功率小，且转矩脉动大；2、三相三状态提前角控制方法，即在一个电周期内，依然是三次电枢电流的换相，但换相点不是相电感的最大值处，而是相对提前。随着转速的提高，如果不进行提前换相，会使得电流来不及反向。因此采用提前角控制后，能够有效提升输出转矩以及电机性能，尤其是在转速较高时，但这也使电机的机械特性较软；3、三相九状态控制方法，可有效抑制换相时产生的转矩脉动、提高输出转矩、减小母线反向电流，但电机的出力依然有提升空间。

基于以上分析，本案旨在进一步探讨双凸极电机的控制方法，从而提高电机工作效率。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种三相双凸极无刷直流电机的控制方法及其驱动系统，其可提高双凸极电机的输出功率和工作效率。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种三相双凸极无刷直流电机的控制方法，所述三相双凸极无刷直流电机的功率变换器采用三相全桥逆变器，三相双凸极无刷直流电机的A相、B相、C相电枢绕组分别对应连接到所述三相全桥逆变器的三相桥臂的中点，A相、B相、C相电枢绕组之间采用星形连接；所述控制方法是将换相位置提前标准换相位置一个电角度α，该电角度α称为提前换相角，将相电流关断位置滞后标准相电流关断位置一个电角度γ，该电角度γ称为滞后关断角，利用PWM斩波实现电流闭环控制，定义相参考电流值，定义励磁电流从电源流向励磁绕组为励磁电流的正方向，反之为励磁电流的反方向，定义转子逆时针方向旋转为正方向，反之为反方向；根据励磁电流的方向、转子旋转方向、提前换相角α和滞后关断角γ，得到四组控制逻辑。

上述每组控制逻辑下包含六种开关管的导通模态：

第一组控制逻辑：励磁电流的方向为正方向，转子的旋转方向为正方向，则，