驱动三相交流电机的三相逆变电路及其矢量调制控制方法技术

本发明专利技术提供了一种驱动三相交流电机的三相逆变电路及其矢量调制控制方法。其中，所述驱动三相交流电机的三相逆变电路包括：直流电源，具有正极和负极；第一开关管桥臂，由串联连接的第一晶体管和第二晶体管组成；第二开关管桥臂，由串联连接的第三晶体管和第四晶体管组成；第三开关管桥臂，由串联连接的第五晶体管和快速恢复二极管组成；电机，包括第一相、第二相和第三相，第一相、第二相和第三相中的其中之一与所述第三开关管桥臂的中点连接，电机的其它二相分别与所述第一开关管桥臂的中点连接和所述第二开关管桥臂的中点连接。本发明专利技术可以降低传统的三相交流电机的驱动电路的成本，有利于拓宽三相交流电机的驱动电路的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机驱动控制技术，尤其涉及一种三相交流电机的驱动控制电路，具体涉及一种驱动三相交流电机的三相逆变电路及其矢量调制控制方法。
技术介绍
目前，为了在降低三相交流电机的驱动系统成本的同时保持系统的主要性能，通常采用以下处理方法：1)减少驱动系统电路的开关器件数；2)采用元器件降额使用；上述两种方法虽然可以取得驱动系统电路成本的一定程度的降低，但三相交流电机的控制自由度会降低，驱动系统的性能也可能会降低，从而引起驱动系统的鲁棒性受限。为此，领域内研究人员又结合采用新颖的控制算法，从控制的角度弥补电路元器件减少所带来的性能降低，这是现有技术的一种常见的方法。例如，采用四开关逆变电路的三相交流电机的驱动电路，虽然四开关电路能够带来一定程度上的成本降低，但由于驱动电路自身的特性，直流电压利用率将减半，故三相交流电机的输出能力与性能将大打折扣，研究人员通常采用以下两种方法补偿这一缺点：方法一、在电路中增加额外的升压电路，通过提升直流母线电压来弥补低直流电压利用率；方法二、采用复杂的电路控制方法：通过开发复杂的控制算法，改善四开关逆变电路的直流电压中点平衡、输入电流谐波含量和电机的输出效率。然而，方法一容易增加驱动系统电路结构的复杂性和成本，需要增加的额外检测、保护电路，将带来额外的元器件成本，从而达不到成本降低的要求；方法二中各种改进的闭环控制算法，由于算法复杂，降低了驱动系统的鲁棒性；例如，当直流母线电压中点不平衡状况过大时，将大大影响直流电容的寿命以及电机的寿命和效率，严重时可能烧毁直流电容或电机。因此必须结合系统电路的工作原理、电机的运行方式以及系统成本来综合考虑采取既降低成本又能方便地实现电机的有效控制。
技术实现思路
本专利技术提供一种驱动三相交流电机的三相逆变电路及其矢量调制控制方法，采用了由五个开关管(可选用绝缘栅双极型晶体管IGBT，金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET等有源开关)和一个快速恢复二极管组成的三相逆变电路结构，通过该三相逆变电路控制三相交流电机的运转；根据电机的实时转速所在的速度区间，按照预定的调制模式切换原则，在各个扇区内选用合理的矢量调制控制方法并灵活地彼此切换，从而实现三相电机电流对称输出的目的，简化了电路的复杂性，降低电机驱动系统的成本，三相逆变电路也可以作为六开关电路的一种容错冗余方案；矢量调制方法可以改善和补偿电机驱动的性能，使电机获得与六开关逆变器驱动时相近的性能。本专利技术的一种驱动三相交流电机的三相逆变电路，包括：直流电源，具有一正极和一负极；第一开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第一晶体管和第二晶体管组成；第二开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第三晶体管和第四晶体管组成；第三开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第五晶体管和一快速恢复二极管组成；以及电机，包括第一相、第二相和第三相，所述第一相、所述第二相和所述第三相中的其中之一与所述第三开关管桥臂的中点连接，电机的其它二相分别与所述第一开关管桥臂的中点连接和所述第二开关管桥臂的中点连接。本专利技术的三相逆变电路的矢量调制控制方法，包括：预先设置第一转速阈值和第二转速阈值；采样电机的实时转速；比较所述实时转速与所述第一转速阈值的大小；所述实时转速小于所述第一转速阈值时，所述三相逆变电路采用采用传统六开关两电平SVPWM模式，即六开关两电平空间矢量脉宽调制的矢量调制方式；所述实时转速大于等于所述第一转速阈值且小于所述第二转速阈值时，采用复合SVPWM模式1，即所述三相逆变电路采用六开关两电平空间矢量脉宽调制的矢量调制方式和类似无刷直流电机调制方式；以及所述实时转速大于等于所述第二转速阈值时，采用复合SVPWM模式2，即所述三相逆变电路采用方波运行的矢量调制方式和类似无刷直流电机调制方式。本专利技术提供一种驱动三相交流电机的三相逆变电路及其矢量调制控制方法，采用采用三个开关臂控制交流三相电机的运转，其中两个开关管臂由两个晶体管(可选用绝缘栅双极型晶体管IGBT，金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET等有源开关)串联而成，一个开关管臂由一个快速恢复二极管和一个晶体管串联而成，并在AC/DC
整流变换器两端连接直流母线电容，所述直流母线电容与开关管臂并联连接；另外，根据电机的实时转速所在的速度区间，按照预定的调制模式切换原则，在各个扇区内选用合理的矢量调制控制方法并灵活地彼此切换，从而实现三相电机电流对称输出的目的；本专利技术能有效改善三相逆变电路驱动三相交流电机系统的电机性能，一方面可以降低现有三相交流电机的驱动电路的成本，也可以作为现有驱动电路的一种容错冗余方案，另一方面有利于拓宽三相交流电机的驱动电路的应用领域，使公司可能推出更有竞争力的产品。应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本专利技术所欲主张的范围。附图说明下面的所附附图是本专利技术的说明书的一部分，其绘示了本专利技术的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本专利技术的原理。图1为本专利技术实施例提供的一种驱动三相交流电机的三相逆变电路的实施方式一的电路示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种驱动三相交流电机的三相逆变电路的实施方式二的电路示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种驱动三相交流电机的三相逆变电路的实施方式三的电路示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种驱动三相交流电机的三相逆变电路的实施方式四的电路示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种驱动三相交流电机的三相逆变电路的实施方式五的电路示意图；图6为本专利技术实施例提供的电机驱动闭环控制器的结构框图；图7为本专利技术实施例提供的三相逆变电路的直流电源的结构框图；图8为本专利技术实施例提供的一种驱动三相交流电机的三相逆变电路的实施方式六的电路示意图；图9为本专利技术实施例提供的一种三相逆变电路的矢量调制控制方法的流程图；图10为本专利技术实施例提供的一种三相逆变电路的电压空间矢量结构图。附图符号说明：10 直流电源 20 第一开关管桥臂30 第二开关管桥臂 40 第三开关管桥臂50 直流母线电容 60 电机驱动闭环控制器61 反馈信号采样器 62 电机闭环控制器单元63 复合空间矢量调制单元70 整流器闭环控制器11 交流电源 12 滤波器13 整流变换器Q1 第一晶体管 Q2 第二晶体管Q3 第三晶体管 Q4 第四晶体管Q5 第五晶体管 D 快速恢复二极管M 电机 U 第一相V 第二相 W 第三相具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本专利技术所揭示内容的精神，任何所属
技术人员在了解本
技术实现思路
的实施例后，当可由本
技术实现思路
所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本
技术实现思路
的精神与范围。本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动三相交流电机的三相逆变电路，其特征在于，所述驱动三相交流电机的三相逆变电路包括：一直流电源(10)，具有一正极和一负极；一第一开关管桥臂(20)，连接于所述直流电源(10)的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第一晶体管(Q1)和第二晶体管(Q2)组成；一第二开关管桥臂(30)，连接于所述直流电源(10)的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第三晶体管(Q3)和第四晶体管(Q4)组成；一第三开关管桥臂(40)，连接于所述直流电源(10)的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第五晶体管(Q5)和一快速恢复二极管(D)组成；以及一电机(M)，包括第一相(U)、第二相(V)和第三相(W)，所述第一相(U)、所述第二相(V)和所述第三相(W)中的其中之一与所述第三开关管桥臂(40)的中点连接，电机(M)的其它二相分别与所述第一开关管桥臂(20)的中点连接和所述第二开关管桥臂(30)的中点连接。

【技术特征摘要】
1.一种驱动三相交流电机的三相逆变电路，其特征在于，所述驱动三相交流电机的三相逆变电路包括：一直流电源(10)，具有一正极和一负极；一第一开关管桥臂(20)，连接于所述直流电源(10)的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第一晶体管(Q1)和第二晶体管(Q2)组成；一第二开关管桥臂(30)，连接于所述直流电源(10)的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第三晶体管(Q3)和第四晶体管(Q4)组成；一第三开关管桥臂(40)，连接于所述直流电源(10)的所述正极和所述负极之间，由串联连接的第五晶体管(Q5)和一快速恢复二极管(D)组成；以及一电机(M)，包括第一相(U)、第二相(V)和第三相(W)，所述第一相(U)、所述第二相(V)和所述第三相(W)中的其中之一与所述第三开关管桥臂(40)的中点连接，电机(M)的其它二相分别与所述第一开关管桥臂(20)的中点连接和所述第二开关管桥臂(30)的中点连接。2.如权利要求1所述的驱动三相交流电机的三相逆变电路，其特征在于，所述驱动三相交流电机的三相逆变电路还包括：一直流母线电容(50)，连接于所述直流电源(10)的所述正极和所述负极之间，用于储能和消除高频差模信号干扰。3.如权利要求1所述的驱动三相交流电机的三相逆变电路，其特征在于，所述驱动三相交流电机的三相逆变电路还包括：一电机驱动闭环控制器(60)，与所述第一晶体管(Q1)、所述第二晶体管(Q2)、所述第三晶体管(Q3)、所述第四晶体管(Q4)和所述第五晶体管(Q5)的栅极连接，用于通过电机闭环控制算法和矢量调制控制方法控制所述第一晶体管(Q1)、所述第二晶体管(Q2)、所述第三晶体管(Q3)、所述第四晶体管(Q4)和所述第五晶体管(Q5)，实现驱动所述电机(M)。4.如权利要求3所述的驱动三相交流电机的三相逆变电路，其特征在于，所述电机的驱动闭环控制器(60)进一步包括：一反馈信号采样器(61)，用于检测所述电机(M)的实时位置、转速信息和三
\t相电流；一电机闭环控制器单元(62)，与所述反馈信号采样器(61)连接，用于实现三相电机的转速与转矩闭环控制；以及一复合空间矢量调制单元(63)，与所述电机闭环控制器单元(62)连接，用于根据矢量调制控制方法，调节第一晶体管(Q1)、所述第二晶体管(Q2)、所述第三晶体管(Q3)、所述第四晶体管(Q4)和所述第五晶体管(Q5)的驱动信号，从而驱动所述电机(M)正常运行。5.如权利要求1所述的驱动三相交流电机的三相逆变电路，其特征在于，所述直流电源(10)进一步包括：一交流电源(11)，用作驱动所述电机(M)的供电电源；一滤波器(12)，与所述交流电源(11)连接，用于滤除变换器产生的各次谐波信号；以及一整流变换器(13)，与所述滤波器(12)连接，用于实现将所述交流电源信号转换成直流电源信号。6.如权利要求5所述的驱动三相交流电机的三相逆变电路，其特征在于，所述整流变换器(13)为源整流变换器，所述驱动三相交流电机的三相逆变电路还包括：一整流器闭环控制器(70)，与所述整流变换器(13)连接，用于根据所述交流电源信号和所述直流电源信号向所述整流变换器(13)发送驱动信号，实现交流电能变换成直流电能，同时保证交流输入端的电能质量。7.如权利要求1所述的驱动三相交流电机的三相逆变电路，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗泠，
申请(专利权)人：乐金电子研发中心上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31