基于四开关三相的无刷直流电动机控制系统

摘要

近年来，低成本、低功率、高性能的无刷直流电动机控制器在民用领域得到了广泛的应用，本文针对以上需求做了相应的研究工作。由于低功率控制器的低成本化主要途径在于使用较少的功率器件，因此本文的切入点放在逆变器主电路拓扑结构的简化上。 本文在无刷直流电动机工作原理的基础上，从降低控制系统成本的角度出发，分析了其控制器主电路拓扑结构的机理。通过分析表明，四开关三相拓扑结构是简化电路拓扑结构中最理想的选择。然后详细分析了四开关三相逆变器的工作原理，并指出其本身固有的几个缺点：一是四开关三相逆变器输出电压矢量不对称；二是非可控相绕组在反电动势作用下续流引起的电流波形畸变；三是直流母线电容电压平衡问题。针对前两个问题，文中采用了电流滞环PWM跟踪控制方式并对其进行了改进，对两个可控相绕组中电流进行独立检测和独立控制，从而控制流过电动机三相绕组中的实际电流波形，使其接近理想电流波形。并在此基础上采用了不均衡放电法解决了直流母线电容电压平衡问题。 其次为了进一步降低系统成本，该控制器采用了无位置传感器控制。文中采用反电动势转子位置检测方法，并详细分析了其检测原理。最后本文使用电机专控制芯片dsPIC30F3011作为控制核心搭建实验平台并进行实验验证，实验结果表明了上述的理论分析的正确性。因此该低成本四开关三相无刷直流电动机控制器具有工程可行性。

目录

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第1章 绪论

1.1四开关三相逆变器研究的背景和意义

1.2国内外发展现状

1.3课题主要解决的问题

第2章 无刷直流电动机的组成环节和工作原理

2.1引言

2.2组成环节

2.3工作原理

2.4基本数学方程式

2.5本章小结

第3章 四开关三相逆变器拓扑结构的研究

3.1引言

3.2逆变器拓扑结构的确定

3.3四开关三相逆变器原理分析

3.3.1六开关三相逆变器工作原理

3.3.2四开关三相逆变器工作原理分析

3.3.3四开关三相逆变器6种工作模式分析

3.4直流母线电容电压平衡分析

3.5本章小结

第4章 电流滞环PWM跟踪控制策略

4.1引言

4.2电流换相引起的转矩脉动分析

4.3电流滞环PWM跟踪控制原理分析与应用

4.3.1原理分析

4.3.2电流滞环跟踪控制环宽的选择

4.3.3电流检测电路

4.3.4电流滞环PWM实验波形及分析

4.4非工作相反电动势的补偿

4.5本章小结

第5章 反电势转子位置检测方法

5.1引言

5.2反电势检测方法的确定

5.3反电势检测方法的原理

5.4反电动势方法的功能计算和检测电路

5.5电机起动问题

5.6反电动势方法实验结果与分析

5.7本章小结

第6章 基于四开关三相无刷直流电动机控制系统的实现

6.1引言

6.2 dsPIC30F3011简介

6.3系统整体分析

6.4四开关三相逆变器实验结果及分析

6.5本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A攻读研究生期间发表的学术论文