CN206650607U - 一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，其技术要点在于：包括MCU微控制单元、逆变电路和转子位置/速度传感器，所述MCU微控制器连接逆变电路，所述逆变电路连接无刷直流电机BLDCM，无刷直流电机BLDCM连接转子位置传感器，所述转子位置传感器经信号调理电路和A/D转换模块连接MCU微控制单元；所述逆变电路经Zeta斩波电路连接电源的输入端Us。本实用新型采用Zeta斩波电路作为前置电路，MCU微控制器可通过控制Zeta斩波电路中的相应功率管的开断来决定前置电路的输出电压，从而减小无刷直流电机的换相转矩脉动，确保控制系统的动态性能和驱动系统的可靠性，提高了电机性能。

Description

一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统
技术领域：
本实用新型涉及无刷直流电动机的控制系统，具体涉及一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统。
背景技术：
永磁无刷直流电机属于永磁同步电机的一种，其反电动势为梯形波形，驱动电流波形为矩形，采用两两导通三相六状态的控制方式时，会出现无刷直流电机特有的换相转矩脉动，转矩脉动会降低运动控制系统特性并造成机器噪音和震动，降低了控制系统的动态性能和驱动系统的可靠性，限制了电机性能的进一步提高和发挥，阻碍了其在高精度场合的应用。
电磁转矩脉动根据其产生原理可大致分为三类：一是齿槽转矩脉动，一般采用转子或定子斜槽或者磁性槽楔来消除；二是因非理想反电动势引起的转矩脉动；三是换相转矩脉动，此为电机工作于120°导通方式下特有的问题，对于一台制作精良的电机，齿槽转矩脉动和谐波转矩脉动均较小，只有换相转矩脉动较大而影响电机的性能。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，主要采用由Zeta斩波电路构成的前置电路，可以在全速范围内有效减少换相转矩脉动，提高电机的运行特性。
本实用新型的新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，为实现上述目的所采用的技术方案在于：包括MCU微控制器、逆变电路和转子位置传感器，所述MCU微控制器连接逆变电路，所述逆变电路连接无刷直流电机BLDCM，无刷直流电机BLDCM连接转子位置传感器，所述转子位置传感器经信号调理电路和A/D转换模块连接MCU微控制器；所述逆变电路经Zeta斩波电路连接电源的输入端Us，所述Zeta斩波电路包括开关管V1、电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、二极管D7、开关S1和开关S2，所述开关管V1的一端分别连接输入端Us的一端和开关S1的一端，开关管V1的另一端分别连接电容C1的一端和电感L1的一端，电容C1的另一端分别连接电感L2的一端和二极管D7的阴极，电感L2的另一端分别连接开关S2的一端和电容C2的一端，开关S2的另一端连接开关S1的另一端，电感L1的另一端、二极管D7的另一端及电容C2的另一端均与输入端Us的另一端相连。
作为本实用新型的进一步改进，所述逆变电路为三相全桥逆变电路。
作为本实用新型的进一步改进，所述逆变电路与无刷直流电机BLDCM之间的母线连接电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路和电流采样电路均经信号调理电路和A/D转换模块与MCU微控制器相连。
作为本实用新型的进一步改进，所述电压采样电路由霍尔电压传感器采集电压信号。
作为本实用新型的进一步改进，所述电流采样电路由霍尔电流传感器采集电流信号。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用Zeta斩波电路作为前置电路，MCU微控制器可通过控制Zeta斩波电路中的相应功率管的开断来决定前置电路的输出电压，Zeta斩波电路的电源电流是脉冲波形而负载电流连续，从而减小无刷直流电机的换相转矩脉动，确保控制系统的动态性能和驱动系统的可靠性，提高了电机性能。
附图说明：
图1为本实用新型的电路连接框图；
图2为Zeta斩波电路和逆变电路的电路拓扑图；
图3为开关管V1开通时的Zeta斩波电路图；
图4为开关管V1关断时的Zeta斩波电路图。
具体实施方式：
实施例一
参照图1，本实施例中的新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，包括MCU微控制器、逆变电路和转子位置传感器，所述MCU微控制器连接逆变电路，所述逆变电路连接无刷直流电机BLDCM，无刷直流电机BLDCM连接转子位置传感器，所述转子位置传感器经信号调理电路和A/D转换模块连接MCU微控制器；参照图2，所述逆变电路经Zeta斩波电路连接电源的输入端Us，所述Zeta斩波电路包括开关管V1、电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、二极管D7、开关S1和开关S2，所述开关管V1的一端分别连接电源的输入端Us的一端和开关S1的一端，开关管V1的另一端分别连接电容C1的一端和电感L1的一端，电容C1的另一端分别连接电感L2的一端和二极管D7的阴极，电感L2的另一端分别连接开关S2的一端和电容C2的一端，开关S2的另一端连接开关S1的另一端，电感L1的另一端、二极管D7的另一端及电容C2的另一端均与输入端Us的另一端相连。
图3为开关管V1开通时Zeta斩波电路的状态图，图4为开关管V1关断时Zeta斩波电路的状态图,
参照图3，在开关管V1处于通态期间，电源Us经开关管V1向电感L1储能，同时，电源Us和电容C1共同经电感L2向负载供电；待开关管V1关断后，电感L1经二极管D7向电容C1充电，其储存的能量转移至电容C1，同时电感L2的电流则经二极管D7续流，采用Zeta斩波电路的好处是电源电流是脉冲波形而负载电流连续。
工作过程：
MCU微控制器通过转子位置传感器检测无刷直流电机BLDCM的位置信号和转速信号，MCU微控制器通过逆变电路对输出电压进行调节，作为前置电路的Zeta斩波电路可以产生与电机转速成正比的期望换相电压，使得在换相期间，开通相电流开通速率和关断相电流关断速率保持一致，从而在理论上消除电机换相转矩脉动。
实施例二
在实施例一的基础上，所述逆变电路为三相全桥逆变电路。
实施例三
在实施例一的基础上，所述逆变电路与无刷直流电机BLDCM之间的母线连接电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路和电流采样电路均经信号调理电路和A/D转换模块与MCU微控制器相连。
实施例四
在实施例三的基础上，所述电压采样电路为霍尔电压传感器。
实施例五
在实施例三的基础上，所述电流采样电路为霍尔电流传感器。

Claims (5)

1.一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，其特征在于：包括MCU微控制器、逆变电路和转子位置传感器，所述MCU微控制器连接逆变电路，所述逆变电路连接无刷直流电机BLDCM，无刷直流电机BLDCM连接转子位置传感器，所述转子位置传感器经信号调理电路和A/D转换模块连接MCU微控制器；所述逆变电路经Zeta斩波电路连接电源的输入端Us，所述Zeta斩波电路包括开关管V1、电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、二极管D7、开关S1和开关S2，所述开关管V1的一端分别连接输入端Us的一端和开关S1的一端，开关管V1的另一端分别连接电容C1的一端和电感L1的一端，电容C1的另一端分别连接电感L2的一端和二极管D7的阴极，电感L2的另一端分别连接开关S2的一端和电容C2的一端，开关S2的另一端连接开关S1的另一端，电感L1的另一端、二极管D7的另一端及电容C2的另一端均与输入端Us的另一端相连。
2.如权利要求1所述的一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，其特征在于：所述逆变电路为三相全桥逆变电路。
3.如权利要求1所述的一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，其特征在于：所述逆变电路与无刷直流电机BLDCM之间的母线连接电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路和电流采样电路均经信号调理电路和A/D转换模块与MCU微控制器相连。
4.如权利要求3所述的一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，其特征在于：所述电压采样电路由霍尔电压传感器采集电压信号。
5.如权利要求3所述的一种新型无刷直流电动机换相转矩脉动控制系统，其特征在于：所述电流采样电路由霍尔电流传感器采集电流信号。
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