CN102946221A - 一种缩短无刷直流电机换相时间的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种缩短无刷直流电机换相时间的装置及方法，所述装置由直流电压源、三相全桥逆变器、晶闸管电路构成，直流电压源给三相全桥逆变器提供电源，三相全桥逆变器通过晶闸管电路控制无刷直流电机。所述方法如下：三相全桥逆变器的每一相与晶闸管电路中的每一条支路对应连接；换相时，三相全桥逆变器的三相桥路的关断与开通与对应的晶闸管电路中的支路同时控制；无刷直流电机需要关断的相通过晶闸管电路中的支路关断，需要关断的相构不成续流通路，则无法分流已导通相电流；需要关断的相电流降至0，需要开通的相电流增加至与已导通相电流相等，从而缩短换相时间。本发明硬件成本较低，且无需改变电机原有的运行控制方式，软件实现简单。

Description

一种缩短无刷直流电机换相时间的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种缩短无刷直流电机换相时间的装置及方法，适用于电力传动控制的技术领域。
背景技术
无刷直流电机具有结构简单、功率密度高、控制简单等诸多优点。近年来，无刷直流电机在高性能调速系统和伺服控制系统等工业领域中得到了日益广泛的应用。
换相转矩脉是无刷直流电动机的突出问题，制约了其在要求低纹波速度的调速系统和高精度位置伺服控制系统的应用。此外，换相转矩脉动也是产生电机转动噪声的原因之一。从换相持续时间的角度来看，换相时间越短，电流变化率越大，换相转矩脉动就越小。而且，无刷直流电动机无位置传感器运行中，换相转矩脉动也会影响转子位置信号的检测。换相时间的缩短，亦可避免无位置传感器运行中因检测不到转子位置信号而导致的电机失步现象，有助于系统稳定性的提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种缩短无刷直流电机换相时间的装置及方法，有效削弱无刷直流电机的换相转矩脉动，以及提高电机控制系统的运行稳定性。
一种缩短无刷直流电机换相时间的装置，由直流电压源、三相全桥逆变器、晶闸管电路构成，其中直流电压源给三相全桥逆变器提供电源，三相全桥逆变器通过晶闸管电路控制无刷直流电机。
所述晶闸管电路由三条支路构成，每条支路由一对反并联的晶闸管的支路组成，无刷直流电机各相与三相全桥逆变器之间设置一对反并联的晶闸管构成的支路。
一种缩短无刷直流电机换相时间的装置的控制方法如下：
三相全桥逆变器的每一相与晶闸管电路中的每一条支路对应连接；换相时，三相全桥逆变器的三相桥路的关断与开通与对应的晶闸管电路中的支路同时控制；无刷直流电机需要关断的相通过晶闸管电路中的支路关断，需要关断的相构不成续流通路，则无法分流已导通相电流；需要关断的相电流降至0，需要开通的相电流增加至与已导通相电流相等，从而缩短换相时间。
本发明的有益效果是：
1、本发明从硬件装置上仅需增加6个晶闸管，硬件成本较低，且无需改变电机原有的运行控制方式，软件实现简单。
2、本发明可使换相过程中关断相电流迅速衰减到零，使开通相电流迅速上升，达到稳定值，缩短电机换相时间，有效削弱电机换相转矩脉动。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为无刷直流电机控制系统驱动部分结构框图。
具体实施方式
图1所示是包含本发明所述方法的无刷直流电机控制系驱动部分框图，由无刷直流电机4、三相全桥逆变器2、直流电压源1、晶闸管电路3构成。三相全桥逆变器各桥臂均由功率管和续流二极管并联构成，分别为功率管VT1、VT3、VT5、VT2、VT4、VT6和续流二极管VD1、VD3、VD5、VD2、VD4、VD6；T1、T3、T5、T2、T4、T6分别为反并联晶闸管；Ra、La分别为A相的电阻、电感，Rb、Lb分别为B相的电阻、电感，Rc、Lc分别为C相的电阻、电感。
本发明采用的技术方案是：在三相桥式逆变器与无刷直流电机各相连接的导线上，设置一对反并联的晶闸管；将逆变器开关器件与各晶闸管一一对应标号；电机正常运行时，控制逆变器开关器件开通的同时，一并导通与该开关器件对应标号的晶闸管；控制逆变器开关器件关断的同时，一并关断与该开关器件对应标号的晶闸管。
以无刷直流电机从AB相导通换相至AC相导通为例，说明本发明方法的原理，换相过程发生时，逆变器开关器件VT1继续导通、VT6关断、VT2开通，若不设置反并联晶闸管，电机B相上的电流将通过续流二极管VD3续流，分流了本应从A相电流流经C相的电流，延缓了C相电流从0增加至稳定值的时间，B相电流续流结束后，换相过程才可结束，采用本发明方法后，换相过程发生时，同时使T1继续导通、T6关断、T2开通，由于T3、T6皆处于关断状态，B相构不成续流通路，则无法分流A相电流，B相电流瞬间降至0，C相电流可以最大加速度增加至与A相电流相等的数值，从而缩短换相时间。
本发明的具体实施分为以下3步骤：
1、在无刷直流电机各相与逆变器之间设置一对反并联的晶闸管；
2、按图1所示，给各功率管、续流二极管、晶闸管编号；
3、根据无刷直流电机正常运行时功率管的通断规律，在控制某功率管开通或关断的同时，也一并按同样的通断规律控制与其标号相同的晶闸管开通或关断。以无刷直流电机按照AB-->AC-->BC-->BA-->CA-->CB顺序导通为例说明，则功率管和晶闸管通断控制顺序应为：VT1、VT6、T1、T6开通，其余功率管、晶闸管关断-->VT1、VT2、T1、T2开通，其余功率管、晶闸管关断-->VT3、VT2、T3、T2开通，其余功率管、晶闸管关断-->VT3、VT4、T3、T4开通，其余功率管、晶闸管关断-->VT5、VT4、T5、T4开通，其余功率管、晶闸管关断-->VT5、VT6、T5、T6开通，其余功率管、晶闸管关断。

Claims (3)

1.一种缩短无刷直流电机换相时间的装置，其特征在于由直流电压源（1）、三相全桥逆变器（2）、晶闸管电路（3）构成，其中直流电压源（1）给三相全桥逆变器（2）提供电源，三相全桥逆变器（2）通过晶闸管电路（3）控制无刷直流电机（4）。
2.根据权利要求1所述的一种缩短无刷直流电机换相时间的装置，其特征在于所述晶闸管电路（3）由三条支路构成，每条支路由一对反并联的晶闸管的支路组成，无刷直流电机（4）各相与三相全桥逆变器（2）之间设置一对反并联的晶闸管构成的支路。
3.一种如权利要求1所述的一种缩短无刷直流电机换相时间的装置的控制方法，其特征在于所述方法如下：
三相全桥逆变器（2）的每一相与晶闸管电路（3）中的每一条支路对应连接；换相时，三相全桥逆变器（2）的三相桥路的关断与开通与对应的晶闸管电路（3）中的支路同时控制；无刷直流电机（4）需要关断的相通过晶闸管电路（3）中的支路关断，需要关断的相构不成续流通路，则无法分流已导通相电流；需要关断的相电流降至0，需要开通的相电流增加至与已导通相电流相等，从而缩短换相时间。
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