[发明专利]一种利用无源器件辅助电机自升压运行的拓扑及方法

说明书

本发明提供了一种利用无源器件与电机驱动器结合实现电机自升压运行的解决方案。该方案利用电感辅助逆变器，通过控制两个零矢量V₀₀₀和V₁₁₁的比例，以实现悬浮电容的升降压充电，再通过悬浮电容和电源的串联，给逆变器供电，实现逆变器供电的升压，提高电压，扩展电机的转速范围。本发明充分利用原电机逆变器中的电力开关器件，不需要额外的电力开关器件。节省成本，增加系统的可靠性。同时，通过改变两个零电压矢量的作用时间差改变电感电流，从而实现悬浮电容的充电，有效电压矢量的作用时间不变，因此，电机的性能不受到影响。通过调节悬浮电容的电压，电机的最高转速可提高至基速的两倍。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，涉及一种升降压拓扑及方法，尤其涉及一种基于无源器件辅助三相电机驱动系统实现升压的拓扑及方法。

背景技术

随着工业和家用电器中电驱动的快速发展，内置式永磁同步电机及其驱动系统越来越受到关注。

在所有关键技术中，由于永磁电机的反电动势的影响，电压利用率成为影响电机性能的最重要因素之一。通常，内置式永磁同步电机驱动器的最大输出速度范围很大程度上取决于直流母线电压及其利用率。因此，提高直流母线电压利用率以扩大电机运行范围是至关重要的。

为解决电压利用率低的问题，实现更高的转速运行范围，近些年来，很多方法被提出。文献1[文献1为V.Bist and B.Singh,An adjustable-speed PFC bridgeless buck-boost converter-fed BLDC motor drive,IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.61,no.6,pp.2665-2677,Jun.2014.(期刊论文)]将降压-升压转换集成到前端功率因数校正器中，在节省成本的同时，通过调节直流母线电压来实现更宽的工作范围。文献2[文献2为H.Matsumoto,Y.Neba,and H.Asahara,Variable-form carrier-based PWM for boost-voltage motor driver with a charge-pump circuit,IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.62,no.8,pp.4728-4738,Aug.2015.(期刊论文)]使用超级电容器的电荷泵电路，控制所提出电路中电源开关状态，从而产生不同的直流母线电压。在文献3[文献3为Y.S.Lin,K.W.Hu,T.H.Yeh,and C.M.Liaw,An electric-vehicle IPMSM drive with interleavedfront-end DC/DC converter,IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.65,no.6,pp.4493-4504,Jun.2016.(期刊论文)]中，电机驱动器使用了一个交错的双向DC/DC转换器。该转换器可以根据电机的工作条件提高直流母线电压，同时也允许将电力传输到电池。尽管这些方法增加了直流母线电压，从而扩大了永磁电机的工作范围，但这些解决方案需要额外的硬件支持，尤其是电力电子开关，这些有源器件的使用会降低系统的可靠性，限制它们的应用。

发明内容

发明目的

为解决电压利用率低的问题，实现更高的转速运行范围，通常采用带有电力开关管的升压降压电路来实现。但这会增加系统的成本，并且已损坏的有源器件降低了系统的可靠性。本发明充分利用交流电机驱动器的电力开关器件，不需要额外的电力开关器件，节省成本，增加系统的可靠性。同时所提的控制方法在升压的同时不影响电机的正常运行。通过升压运行，增加电机电压利用率，提高电机的转速。

技术方案