CN107276459B - 一种三相永磁同步电机无传感器驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种三相永磁同步电机无传感器驱动电路，属于电机运动与控制技术领域。包括依次串联连接的电压型三相桥式逆变电路和三相LCL谐振变换电路，所述的电压型三相桥式逆变电路采用SPWM进行调制，调制波信号由低频驱动电压和高频注入电压叠加而成，其中高频注入电压的频率等于所述的三相LCL谐振变换电路的固有谐振频率。优点：低频驱动电压几乎无损地施加到永磁同步电机的绕组端，不会对永磁同步电机的正常运行造成影响；微弱的高频电压信号被转换为电流信号，注入到永磁同步电机的绕组，由此可以得到较大幅值的携带有转子位置信息的高频响应电压，使永磁同步电机转子位置的检测精度大幅提高。
Description
技术领域
本发明属于电机运动与控制技术领域，具体涉及一种能同时提供低频电压和高频电流的三相永磁同步电机无传感器驱动电路。
背景技术
永磁同步电机既具备结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备运行效率高、调速性能好以及无励磁损耗等诸多特点，故在当今国民经济的各个领域，如医疗器械、仪表仪器、航空航天、电动车及家用电器等各个方面的应用日益普及。永磁同步电机的伺服驱动需要获知转子位置信号。在已有技术中，常采用电磁式、光电式、霍尔磁敏式等各种外置式位置传感器来检测转子位置，但外置式位置传感器存在有缺陷，它安装不便，维护困难，会增大电机的体积及增加生产成本，并且无法适应高温、高湿、污浊空气等恶劣的工作环境，因此，外置式位置传感器在一定程度上限制了永磁同步电机的应用。正是在这种背景条件下，永磁同步电机的无位置传感器的控制技术成为了人们研究的热点。
目前，国内外关于永磁同步电机转子位置的无传感器检测方法主要有以下几种:(1)基于观测器的转子位置估计法；(2)人工智能估计法；(3)高频信号注入法。前两种方法的算法复杂，实现比较困难，而高频信号注入法的基本思想是在电机定子端注入高频激励信号，然后利用电机的凸极效应来获取转子位置信息，故又被称为凸极追踪法。凸极追踪法能够在很宽的速度范围内检测电机转子位置，是一种非常有效的凸极电机转子位置检测方法，然而，该方法在实际的运用过程中仍存在一些问题，主要表现为：为了不对正常运行造成影响，要求注入的信号幅值不能太大，因此理论上注入高频电流信号是最合适的，因为在高频条件下，较小的电流信号能够产生较大的电压信号(包含位置信息)，从而有利于提高转子位置估计精度。但由于电机一般都通过电压源逆变器进行驱动，因此实际上都只能注入电压信号而不是电流信号，在该情况下，位置信息非常微弱并且检测困难，其估计精度也难以提高。
鉴于上述情况，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能同时提供低频电压和高频电流的三相永磁同步电机无传感器驱动电路，其结构简单合理，能够大幅提高电机转子位置的估计精度。
本发明的目的是这样来达到的，一种三相永磁同步电机无传感器驱动电路，其特征在于:包括依次串联连接的电压型三相桥式逆变电路和三相LCL谐振变换电路，所述的电压型三相桥式逆变电路采用SPWM进行调制，调制波信号由低频驱动电压和高频注入电压叠加而成，其中高频注入电压的频率等于所述的三相LCL谐振变换电路的固有谐振频率。
本发明由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：低频驱动电压几乎无损地施加到永磁同步电机的绕组端，不会对永磁同步电机的正常运行造成影响；微弱的高频电压信号被转换为电流信号，注入到永磁同步电机的绕组，由此可以得到较大幅值的携带有转子位置信息的高频响应电压，使永磁同步电机转子位置的检测精度大幅提高。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明所述的电压型三相桥式逆变电路的电连接原理图。
图3为本发明所述的三相LCL谐振变换电路的电连接原理图。
图4为本发明所述的单相LCL谐振变换电路的电连接原理图。
具体实施方式
为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。
请参阅图1，一种能同时提供低频电压和高频电流的三相永磁同步电机无传感器驱动电路，包括依次串联连接的电压型三相桥式逆变电路和三相LCL谐振变换电路。所述的电压型三相桥式逆变电路连接直流电源，采用SPWM进行调制，调制波信号由低频驱动电压和高频注入电压叠加而成，其中高频注入电压的频率等于所述的三相LCL谐振变换电路的固有谐振频率，三相LCL谐振变换电路连接三相永磁同步电机。
请参阅图2，所述的电压型三相桥式逆变电路包括功率开关管Ug1～Ug6，在各功率开关管的集电极和发射极之间均串接有二极管。图中的a端连接直流电源的正极，b端连接直流电源的负极。请参阅图3，所述的三相LCL谐振变换电路由三路相同的LCL谐振变换电路构成，单路LCL谐振变换包括电感L和电容C。图中的f端连接电压型三相桥式逆变电路的c端，g端连接电压型三相桥式逆变电路的d端，h端连接电压型三相桥式逆变电路的e端，i端、j端及k端分别连接三相永磁同步电机的三个输入端。
请继续参阅图1并结合图2和图3，所述的电压型三相桥式逆变电路采用SPWM进行调制，调制波信号由低频驱动电压和高频注入电压叠加而成，在本实施例中，设SPWM的调制波电压为：uM＝ui+uh，其中，ui为永磁电机的低频驱动电压的调制电压，uh为高频注入信号的调制电压。uh的频率等于三相LCL谐振变换电路的谐振频率，此处设三相LCL谐振变换电路的谐振频率为由于电路对称，三相LCL电路的工作原理可以通过单相LCL电路来说明。请参阅图4，示意了单相LCL谐振变换电路的电连接原理图。当电源频率等于固有频率，即时，有：
由上述公式(1)可知，LCL谐振变换电路可以实现电流源和电压源的相互转换，因此，只要注入的高频电压的频率等于固有频率，即可将注入的高频电压信号转换为电流信号。另一方面，LCL谐振变换电路对于低频信号而言，相当于一个低通滤波电路，设负载阻抗为ZL，当时，运用戴维南定理可得：
显然，若通过选择合适的L，使ωL≤ZL，则在低频电压的条件下，可得：
所述的永磁同步电机的正常驱动电压属于低频电压，根据公式(3)可知，在合适的条件下，增加LCL谐振变换电路，几乎不会对永磁同步电机的正常工作造成影响，因此，本发明所述的驱动电路可以给永磁同步电机同时提供低频电压和高频电流，所述的低频电压用于永磁同步电机的正常运行，所述的高频电流用于检测电机转子位置，又由于注入的是电流信号，因此能够得到较大幅值的携带有转子位置信息的高频响应电压，这有利于大幅提高转子位置的估计精度。
Claims (1)
1.一种三相永磁同步电机无传感器驱动电路，其特征在于:包括依次串联连接的电压型三相桥式逆变电路和三相LCL谐振变换电路，所述的电压型三相桥式逆变电路采用SPWM进行调制，调制波信号由低频驱动电压和高频注入电压叠加而成，其中高频注入电压的频率等于所述的三相LCL谐振变换电路的固有谐振频率，三相LCL谐振变换电路连接三相永磁同步电机，所述的驱动电路给永磁同步电机同时提供低频电压和高频电流，所述的低频电压用于永磁同步电机的正常运行，所述的高频电流用于检测永磁同步电机的转子位置。
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