CN111181451A - 一种无刷直流电机消磁控制装置及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机消磁控制装置及其实现方法，其特征在于，该控制装置中与电枢绕组三相分别并联的吸收电路，其加入了全桥整流电路，全桥整流电路的输入分别接入对应相的两端，而全桥整流电路的输岀再接入由IGBT、电阻及电容构成的具体能耗吸收和储能的电路，从而在电机换相期间，使连接至电枢绕组三相中不导通相对应的吸收电路有效地工作，有效地提高了无传感器无刷直流电机换相的可靠性，有效地消除电枢绕组自感效应对反电势过零检测造成的干扰；且吸收电路中储有电能的电容，其在IGBT关闭后，自然释放。

Description

一种无刷直流电机消磁控制装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及无传感器无刷直流电机换相领域，特别是涉及一种无刷直流电机消磁控制装置及其实现方法。
背景技术
无刷直流电机具有良好的线性调速、高质高效平滑运转特性，结构简单，体积小，重量轻，效率高，功率因素高，转矩/重量比高，转动惯量低，易于散热，易于维护保养等优点，因此应用范围相当广泛。随着电力电子器件的迅速发展，直流无刷电机利用电子换相器件取代了机械电刷和换向片，极大地提高了工业制造以及相关自动化电力系统部门的生产效率与质量，同时考虑到系统成本以及运行可靠性，无刷直流电机无位置传感器控制得到越来越广泛的应用。因反电势过零检测法具有线路简单、技术成熟、成本低、简单易行、可靠等众多优点，使其成为比较理想且应用最多的无位置传感器无刷直流电机控制方法。在实际的无刷直流电机绕组换相过程中，由于换相绕组电流突然减小，其线圈的自身电感会在续流期间，成为一个电动势产生者，而且方向和原来相反，并叠加在中性点之上，导致换相绕组端电压冲击现象，产生消磁事件，对换相绕组反电势过零检测造成了极大干扰。针对以上问题，现有技术中申请号为：201810415134.8的一种无刷直流电机消磁控制装置及方法，提岀了在星形接法的三相绕组上分别并联其优选的吸收电路，并配合其控制方法：通过在电机换相期间，使与关断相相应的吸收电路工作，将其由自感现象产生的电能储存在吸收电路中的电容内，从而消除电枢绕组自感效应对反电势过零检测造成的干扰，且电容储能结束后通过相应控制使其所储电能释放，为电容再次储能做好准备。从方法上看很是完美，但其所设吸收电路根本不能够有效地做到对关断相自感现象产生的电势能量吸收，且吸收电路中储能后的电容，其通过控制并不能够被释放，以及若其吸收电路中控制电容储能的IGBT管内带续流二极管，将导致导通相相当于并联了电阻与电容构成的负载，从而使导通相不能够正常通电。并且经查，现有技术中，也没有有效并联于无刷直流电机三相绕组上用来其相关断后自感现象产生的电势能量吸收的电路。
发明内容
本发明的目的是为克服己有技术的不足之处，提出一种无刷直流电机消磁控制装置及其实现方法，能够有效地消除电枢绕组自感效应对反电势过零检测造成的干扰。
为了实现上述的目的，本发明的技术方案是：
一种无刷直流电机消磁控制装置，包括逆变器、电机三相电枢绕组、第一吸收电路(1)、第二吸收电路(2)及第三吸收电路(3)；其中，所述逆变器依次由3对MOS管桥臂连接而成，所述逆变器输出连接至电机三相电枢绕组；所述第一吸收电路(1)与A相绕组相并联，所述第二吸收电路(2)与B相绕组相并联；所述第三吸收电路(3)与C相绕组相并联。
优选的，所述第一吸收电路(1)由IGBT11、电阻R11、电阻R12、电容C11、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14组成，其中二极管D11、二极管D12、二极管D13及二极管D14构成第一全桥整流电路，第一全桥整流电路的一输入端与A相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第一全桥整流电路的另一输入端与A相绕组的另一端相连接，IGBT11的集电极串接电阻R12与电容C11的并联电路、电阻R11后接入第一全桥整流电路输岀的正极，IGBT11的发射极接入第一全桥整流电路输岀的负极；所述第二吸收电路(2)由IGBT21、电阻R21、电阻R22、电容C21、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24组成，其中二极管D21、二极管D22、二极管D23及二极管D24构成第二全桥整流电路，第二全桥整流电路的一输入端与B相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第二全桥整流电路的另一输入端与B相绕组的另一端相连接，IGBT21的集电极串接电阻R22与电容C21的并联电路、电阻R21后接入第二全桥整流电路输岀的正极，IGBT21的发射极接入第二全桥整流电路输岀的负极；所述第三吸收电路(3)由IGBT31、电阻R31、电阻R32、电容C31、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34组成，其中二极管D31、二极管D32、二极管D23及二极管D34构成第三全桥整流电路，第三全桥整流电路的一输入端与C相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第三全桥整流电路的另一输入端与C相绕组的另一端相连接，IGBT31的集电极串接电阻R32与电容C31的并联电路、电阻R31后接入第三全桥整流电路输岀的正极，IGBT31的发射极接入第三全桥整流电路输岀的负极。
以上所述电容C11、电容C21及电容C31均为聚酯电容。
以上所述IGBT11、IGBT21及IGBT31的栅极与DSP输岀相连接，由DSP控制。
以上所述第一吸收电路(1)、第二吸收电路(2)及第三吸收电路(3)为有效地用于消耗电机绕组由自感现象产生的电能。
所述吸收电路中二极管构成的全桥整流电路，用于将获取的三相电枢绕组中对应相上电压转换成正向向其IGBT管供电。
为了实现上述的目的，本发明的另一技术方案是：
一种无刷直流电机消磁控制装置的实现方法，包括以下步骤：
步骤一、电机刚启动时，得到三相绕组其中任意一相停止导通至该相反电势过零的时间为T；
步骤二、电机换相期间，A相绕组由导通变为不导通时，A相绕组由自感现象产生的电动势经第一全桥整流电路整流后正向向IGBT11供电，使第一吸收电路(1)有效地工作，工作时间为T,IGBT11导通，A相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C11上及消耗在电阻R11和电阻R12上；T时间结束后，第一吸收电路(1)停止工作，IGBT11关断，第一吸收电路(1)工作期间储存在电容C11上的电能释放并消耗在其并联的电阻R12上；
B相绕组由导通变为不导通时，B相绕组由自感现象产生的电动势经第二全桥整流电路整流后正向向IGBT21供电，使第二吸收电路(2)有效地工作，工作时间为T,IGBT21导通，B相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C21上及消耗在电阻R21和电阻R22上；T时间结束后，第二吸收电路(2)停止工作，IGBT21关断，第二吸收电路(2)工作期间储存在电容C21上的电能释放并消耗在其并联的电阻R22上；
C相绕组由导通变为不导通时，C相绕组由自感现象产生的电动势经第三全桥整流电路整流后正向向IGBT31供电，使第三吸收电路(3)有效地工作，工作时间为T,IGBT31导通，C相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C31上及消耗在电阻R31和电阻R32上；T时间结束后，第三吸收电路(3)停止工作，IGBT31关断，第三吸收电路(3)工作期间储存在电容C31上的电能释放并消耗在其并联的电阻R32上；
电机换相期间不断重复上述步骤。
有益效果：
与现有技术相比，本发明技术方案中的无刷直流电机消磁控制电路中，吸收电路为有效工作电路，且结构简单，成本低，安全可靠，易于安装，吸收电路配合实现方法有效地提高无传感器无刷直流电机换相的可靠性，较好的消除了电枢绕组自感效应对反电势过零检测造成的干扰。克服现有技术吸收电路不能够有效工作的问题，并克服现有技术中储能后的电容，其通过控制并不能够被释放的问题。且吸收电路中IGBT管内若带续流二极管，也不影响导通相正常通电。
附图说明
图1为本发明的一种无刷直流电机消磁控制装置的示意图；
图2为本发明的一种无刷直流电机消磁控制装置中与A相绕组并联的第一吸收电路原理图；
图3为本发明的一种无刷直流电机消磁控制装置中与B相绕组并联的第二吸收电路原理图；
图4为本发明的一种无刷直流电机消磁控制装置中与C相绕组并联的第三吸收电路原理图；
图中：1.第一吸收电路，2.第二吸收电路，3.第三吸收电路。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。
如图1所示，本发明的一种无刷直流电机消磁控制装置，包括逆变器、电机三相电枢绕组、第一吸收电路(1)、第二吸收电路(2)及第三吸收电路(3)；其中，所述逆变器依次由3对MOS管桥臂连接而成，所述逆变器输出连接至电机三相电枢绕组；所述第一吸收电路(1)与A相绕组相并联，所述第二吸收电路(2)与B相绕组相并联；所述第三吸收电路(3)与C相绕组相并联；A相绕组、B相绕组和C相绕组为星形连接。
如图2所示，具体的，所述第一吸收电路(1)由IGBT11、电阻R11、电阻R12、电容C11、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14组成，其中二极管D11、二极管D12、二极管D13及二极管D14构成第一全桥整流电路，第一全桥整流电路的一输入端与A相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第一全桥整流电路的另一输入端与A相绕组的另一端相连接，IGBT11的集电极串接电阻R12与电容C11的并联电路、电阻R11后接入第一全桥整流电路输岀的正极，IGBT11的发射极接入第一全桥整流电路输岀的负极。
如图3所示，具体的，所述第二吸收电路(2)由IGBT21、电阻R21、电阻R22、电容C21、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24组成，其中二极管D21、二极管D22、二极管D23及二极管D24构成第二全桥整流电路，第二全桥整流电路的一输入端与B相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第二全桥整流电路的另一输入端与B相绕组的另一端相连接，IGBT21的集电极串接电阻R22与电容C21的并联电路、电阻R21后接入第二全桥整流电路输岀的正极，IGBT21的发射极接入第二全桥整流电路输岀的负极。
如图4所示，具体的，所述第三吸收电路(3)由IGBT31、电阻R31、电阻R32、电容C31、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34组成，其中二极管D31、二极管D32、二极管D23及二极管D34构成第三全桥整流电路，第三全桥整流电路的一输入端与C相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第三全桥整流电路的另一输入端与C相绕组的另一端相连接，IGBT31的集电极串接电阻R32与电容C31的并联电路、电阻R31后接入第三全桥整流电路输岀的正极，IGBT31的发射极接入第三全桥整流电路输岀的负极。
以上所述电容C11、电容C21及电容C31均为聚酯电容。并选择额定电压为50V容量为1μF。
以上所述IGBT11、IGBT21及IGBT31的栅极与DSP输岀相连接，是指DSP输岀通过与IGBT管输入相适应的电路接入IGBT11、IGBT21及IGBT31的栅极，由DSP控制。当DSP的I/O口输出高电平至连接IGBT11栅极的电路时，其电路输岀IGBT11导通信号，当DSP的I/O口输出低电平至连接IGBT11栅极的电路时，其电路输岀IGBT11关断信号；当DSP的I/O口输出高电平至连接IGBT21栅极的电路时，其电路输岀IGBT21导通信号，当DSP的I/O口输出低电平至连接IGBT21栅极的电路时，其电路输岀IGBT21关断信号；当DSP的I/O口输出高电平至连接IGBT31栅极的电路时，其电路输岀IGBT31导通信号，当DSP的I/O口输出低电平至连接IGBT31栅极的电路时，其电路输岀IGBT31关断信号。
以上所述第一吸收电路(1)、第二吸收电路(2)及第三吸收电路(3)为有效地用于消耗电机绕组由自感现象产生的电能。
所述吸收电路中二极管构成的全桥整流电路，用于将获取的三相电枢绕组中对应相上电压转换成正向向其IGBT管供电。
下面结合图1、图2、图3及图4叙述本实施例的无刷直流电机消磁实现方法，包括以下步骤：
步骤一、电机刚启动时，得到三相绕组其中任意一相停止导通至该相反电势过零的时间为T；
步骤二、电机换相期间，A相绕组由导通变为不导通时，A相绕组由自感现象产生的电动势经第一全桥整流电路整流后正向向IGBT11供电，使第一吸收电路(1)有效地工作，工作时间为T,IGBT11导通，A相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C11上及消耗在电阻R11和电阻R12上；T时间结束后，第一吸收电路(1)停止工作，IGBT11关断，第一吸收电路(1)工作期间储存在电容C11上的电能释放并消耗在其并联的电阻R12上；
B相绕组由导通变为不导通时，B相绕组由自感现象产生的电动势经第二全桥整流电路整流后正向向IGBT21供电，使第二吸收电路(2)有效地工作，工作时间为T,IGBT21导通，B相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C21上及消耗在电阻R21和电阻R22上；T时间结束后，第二吸收电路(2)停止工作，IGBT21关断，第二吸收电路(2)工作期间储存在电容C21上的电能释放并消耗在其并联的电阻R22上；
C相绕组由导通变为不导通时，C相绕组由自感现象产生的电动势经第三全桥整流电路整流后正向向IGBT31供电，使第三吸收电路(3)有效地工作，工作时间为T,IGBT31导通，C相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C31上及消耗在电阻R31和电阻R32上；T时间结束后，第三吸收电路(3)停止工作，IGBT31关断，第三吸收电路(3)工作期间储存在电容C31上的电能释放并消耗在其并联的电阻R32上；
电机换相期间不断重复上述步骤。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种无刷直流电机消磁控制装置，包括逆变器、电机三相电枢绕组、第一吸收电路(1)、第二吸收电路(2)及第三吸收电路(3)；其中，所述逆变器依次由3对MOS管桥臂连接而成，所述逆变器输出连接至电机三相电枢绕组；所述第一吸收电路(1)与A相绕组相并联，所述第二吸收电路(2)与B相绕组相并联；所述第三吸收电路(3)与C相绕组相并联；其特征在于：所述第一吸收电路(1)由IGBT11、电阻R11、电阻R12、电容C11、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14组成，其中二极管D11、二极管D12、二极管D13及二极管D14构成第一全桥整流电路，第一全桥整流电路的一输入端与A相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第一全桥整流电路的另一输入端与A相绕组的另一端相连接，IGBT11的集电极串接电阻R12与电容C11的并联电路、电阻R11后接入第一全桥整流电路输岀的正极，IGBT11的发射极接入第一全桥整流电路输岀的负极；所述第二吸收电路(2)由IGBT21、电阻R21、电阻R22、电容C21、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24组成，其中二极管D21、二极管D22、二极管D23及二极管D24构成第二全桥整流电路，第二全桥整流电路的一输入端与B相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第二全桥整流电路的另一输入端与B相绕组的另一端相连接，IGBT21的集电极串接电阻R22与电容C21的并联电路、电阻R21后接入第二全桥整流电路输岀的正极，IGBT21的发射极接入第二全桥整流电路输岀的负极；所述第三吸收电路(3)由IGBT31、电阻R31、电阻R32、电容C31、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34组成，其中二极管D31、二极管D32、二极管D23及二极管D34构成第三全桥整流电路，第三全桥整流电路的一输入端与C相绕组连接至电枢绕组中性点的一端相连接，第三全桥整流电路的另一输入端与C相绕组的另一端相连接，IGBT31的集电极串接电阻R32与电容C31的并联电路、电阻R31后接入第三全桥整流电路输岀的正极，IGBT31的发射极接入第三全桥整流电路输岀的负极。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机消磁控制装置，其特征在于：所述IGBT11、IGBT21及IGBT31的栅极与DSP输岀相连接。
3.根据权利要求1所述的无刷直流电机消磁控制装置，其特征在于：所述第一吸收电路(1)、第二吸收电路(2)及第三吸收电路(3)为有效地用于消耗电机绕组由自感现象产生的电能。
4.根据权利要求1所述的无刷直流电机消磁控制装置，其特征在于：所述吸收电路中二极管构成的全桥整流电路，用于将获取的三相电枢绕组中对应相上电压转换成正向向其IGBT管供电。
5.如权利要求1所述的无刷直流电机消磁控制装置的实现方法，其特征在于，包括以下
步骤：
步骤一、电机刚启动时，得到三相绕组其中任意一相停止导通至该相反电势过零的时
间为T；
步骤二、电机换相期间，A相绕组由导通变为不导通时，A相绕组由自感现象产生的电动势经第一全桥整流电路整流后正向向IGBT11供电，使第一吸收电路(1)有效地工作，工作时间为T,IGBT11导通，A相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C11上及消耗在电阻R11和电阻R12上；T时间结束后，第一吸收电路(1)停止工作，IGBT11关断，第一吸收电路(1)工作期间储存在电容C11上的电能释放并消耗在其并联的电阻R12上；
B相绕组由导通变为不导通时，B相绕组由自感现象产生的电动势经第二全桥整流电路整流后正向向IGBT21供电，使第二吸收电路(2)有效地工作，工作时间为T,IGBT21导通，B相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C21上及消耗在电阻R21和电阻R22上；T时间结束后，第二吸收电路(2)停止工作，IGBT21关断，第二吸收电路(2)工作期间储存在电容C21上的电能释放并消耗在其并联的电阻R22上；
C相绕组由导通变为不导通时，C相绕组由自感现象产生的电动势经第三全桥整流电路整流后正向向IGBT31供电，使第三吸收电路(3)有效地工作，工作时间为T,IGBT31导通，C相绕组由自感现象产生的电能存储在电容C31上及消耗在电阻R31和电阻R32上；T时间结束后，第三吸收电路(3)停止工作，IGBT31关断，第三吸收电路(3)工作期间储存在电容C31上的电能释放并消耗在其并联的电阻R32上；
电机换相期间不断重复上述步骤。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Cheng Ruihan

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