无刷直流电机的SVPWM控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种无刷直流电机的SVPWM控制装置，包括主控芯片、直流电压及母线电流采样电路、开关电源、直流电源、驱动电路、主逆变电路和霍尔位置检测电路；主控芯片根据采集到的信号判断空间电压矢量U

【技术实现步骤摘要】
无刷直流电机的SVPWM控制装置


[0001]本专利技术涉及电机控制
，特别涉及一种无刷直流电机的SVPWM控制装置。

技术介绍

[0002]电动机是一种把电能转化为机械能的机器，早前人们使用有刷直流电机作为能量转换的设备，但有刷电机有很多缺点，例如损耗大、发热大和效率低等。随着近年来电力电子等技术的发展，无刷电机逐渐开始变成主流，它只依靠在换相的时刻利用电力电子控制技术对其逆变器模块进行选择性导通即可完成换相等一系列操作，并不像有刷电机的电刷及换向器那样通过电刷磨损而导致电机寿命不长，且在智能控制算法和换相技术的支持之下，无刷直流电机所对应的机械特性也与直流电机类似，性能好，效率高，在航空航天、汽车、家用电器等领域得到了极为广泛的应用。
[0003]一般的无刷直流电机根据安装在其身上的位置传感器进行位置判断或通过其他算法换算生成得到六种特定方向上的目标磁场使得转子磁场永磁体按这个特定方向上靠拢，而每当转子转过一定角度之后这个特定的方向就要换成下一个方向供转子永磁体的下一步旋转。这种控制方式我们称为方波控制。方波控制方式虽然算法简单且能使无刷电机正常转动，但一般只有6种固定方向的生成磁场，这在电流换向过程中会造成较大的转矩脉动，且伴有较大噪音，因此方波驱动并不能运用在某些对环境要求较为苛刻的场合。另一种则叫正弦波驱动，利用这种驱动方式可以让产生的磁场方向与转子当前的磁场几乎保持直角的方式来拖动转子让电机进行旋转，从而达到高效率驱动，这种方法波动小，噪音小，更适合环境苛刻的场合，未来的发展前景也更好。r/>[0004]近年来无刷直流电机正弦波矢量控制方法一直处于研究中，需要解决的最主要问题是在只采用简单霍尔检测器的情况下，尽量提高位置检测精度，通常的解决方法是：假定前一个霍尔信号周期与当前的霍尔信号周期相同，通过测量时间，间接地计算电机转角，这种方法在速度较低和电机处于速度变化状态下是不准确的，因而也限制了其实用性。
[0005]因此，如何提供一种能够提高位置检测精度的无刷直流电机的SVPWM控制装置和方法，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的旨在提供一种无刷直流电机的SVPWM控制装置和方法。
[0007]本专利技术为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：
[0008]无刷直流电机的SVPWM控制装置，包括主控芯片、直流电压及母线电流采样电路、开关电源、直流电源、驱动电路、主逆变电路和霍尔位置检测电路；所述直流电源分别连接主逆变电路和开关电源；所述开关电源分别连接直流电压及母线电流采样电路、主控芯片和驱动电路；所述主控芯片连接直流电压及母线电流采样电路，获取直流电压和电机三相电流信号；所述驱动电路的输入端与主控芯片的输出端连接，输出端与主逆变电路连接；所
述主逆变电路、霍尔位置检测电路分别与无刷直流电机连接；所述主控芯片与霍尔位置检测电路的输出端连接，获得霍尔传感器的检测信号；主控芯片根据采集到的信号判断空间电压矢量 U
ref
所在扇区，从而确定该扇区内两个相邻基本电压矢量，然后确定空间电压矢量U
ref
所在扇区内相邻两个电压矢量的作用时间及其占空比，最终确定空间电压矢量U
ref
的切换点，合成SVPWM信号输出给驱动电路，进而控制主逆变电路在对应时刻进行通断，生成正弦波控制无刷电机持续运转。
[0009]优选地，所述无刷电机是4对极的无刷电机。
[0010]优选地，所述无刷电机是表贴式永磁同步电机。
[0011]优选地，在d
‑
q坐标系下，表贴式永磁同步电机的电磁转矩方程如下：
[0012]T
e
＝n
p
ψ
f
i
q
[0013]其中，T
e
为电磁转矩，n
p
为电机极对数，ψ
f
为永磁磁链，i
q
分别为合成电流矢量在q 轴的分量。
[0014]优选地，所述SVPWM为7段式SVPWM。
[0015]优选地，所述主逆变电路为三相逆变器。
[0016]本专利技术的另一目的在于公开上述装置的无刷直流电机正弦波控制方法，包括以下步骤：
[0017](1)在电流环控制中，获得电机两相静止坐标系下的电压u
α
和u
β
，
[0018](2)根据电压u
α
和u
β
计算判断出空间电压矢量U
ref
所在扇区；
[0019](3)确定空间电压矢量U
ref
所在扇区内相邻两个电压矢量的作用时间T
x
、T
y
，及切换时间t
aon
、t
bon
、t
con
，生成六路互补的SVPWM信号输出给驱动电路，进而控制主逆变电路在对应时刻进行通断，生成正弦波控制无刷电机持续运转。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0021](1)本专利技术采用正弦波控制方式，形成波形基本上都非常连续平滑，转矩波动也很小，实际旋转的时候基本上是保持静音状态旋转，比波动和噪音大的方波控制模式更适合应用于更为苛刻的场合环境。
[0022](2)本专利技术中扇区判断采用相电流之间的关系换算得出，跟霍尔元件检测信号进行对比，更精确地判断当前所在位置。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例中一种无刷直流电机的SVPWM控制装置的电路示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例中无刷电机的霍尔传感器的安装方法示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例中三相交流绕组的等效模型示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例中两相交流绕组的等效模型示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例中旋转直流绕组的等效模型示意图；
[0028]图6为本专利技术实施例中采用的三相逆变器拓扑结构示意图；
[0029]图7为本专利技术实施例中空间电压矢量扇区划分示意图；
[0030]图8为本专利技术实施例中第一扇区三相波形图；
[0031]图9为本专利技术实施例中SVPWM算法实现程序流程图；
[0032]图10为本专利技术实施例表贴式永磁同步电机在i
d
＝0的矢量控制框图；
[0033]图11为本专利技术实施例中方波驱动系统整体模型示意图；
[0034]图12为本专利技术实施例中生成脉冲模块的仿真搭建示意图；
[0035]图13为本专利技术实施例中正弦波驱动系统整体模型示意图；
[0036]图14为本专利技术实施例中仿真实验无刷电机实际相电流图；
[0037]图15为本专利技术实施例中仿真实验无刷电机1000rpm时的三相电流图；
[0038]图16为本专利技术实施例中仿真实验扇区判定波形图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无刷直流电机的SVPWM控制装置，其特征在于，包括主控芯片、直流电压及母线电流采样电路、开关电源、直流电源、驱动电路、主逆变电路和霍尔位置检测电路；所述直流电源分别连接主逆变电路和开关电源；所述开关电源分别连接直流电压及母线电流采样电路、主控芯片和驱动电路；所述主控芯片连接直流电压及母线电流采样电路，获取直流电压和电机三相电流信号；所述驱动电路的输入端与主控芯片的输出端连接，输出端与主逆变电路连接；所述主逆变电路、霍尔位置检测电路分别与无刷直流电机连接；所述主控芯片与霍尔位置检测电路的输出端连接，获得霍尔传感器的检测信号；主控芯片根据采集到的信号判断空间电压矢量U
ref
所在扇区，从而确定该扇区内两个相邻基本电压矢量，然后确定空间电压矢量U
ref
所在扇区内相邻两个电压矢量的作用时间及其占空比，最终确定空间电压矢量U
ref
的切换点，合成SVPWM信号输出给驱动电路，进而控制主逆变电路在对应时刻进行通断，生成正弦波控制无刷电机持续运转。2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的SVPWM控制装置，其特征在于，所述无刷电机是4对极的无刷电机。3.根据权利要求1所述的无刷直流电机的SVPWM控制装置，其特征在于，所述无刷电机是表贴式永磁同步电机。4.根据权利要求3所述的无刷直流电机的SVPWM控制装置，其特征在于，在d
‑
q坐标系下，表贴式永磁同步电机的电磁转矩方程如下：T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹一波，肖应旺，
申请(专利权)人：广州启明星机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：