CN1980043A - 无刷直流电机逆变器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的无刷直流电机逆变器控制方法由循环进行的六个电路触发阶段组成。每个阶段有三个晶体管工作，一个晶体管保持导通，二个在同一电路桥臂上串联的晶体管交替触发导通。二个晶体管交替触发导通的次数可根据程序设定。通过三个晶体管导通和交替触发导通，控制输入电机的调相驱动电流，以实现压缩机电机的变速转动。由于采用导通同一桥臂另一只晶体管代替续流二极管续流，提高了转子磁极位置检测信号精度和降低电机能耗，增进了直流变频空调器的整机性能。

Description

无刷直流电机逆变器控制方法

技术领域

本发明涉及电机，特别是涉及无刷直流电机变频调速控制方法。

背景技术

无刷直流电机(BLDC)是新型的直流变频空调器所采用的压缩机电机，通过逆变器控制输入压缩机电机的电源频率，改变压缩机电机运转速度，使空调器根据环境状况变工况运行。

变频式空调器根据环境状况进行频率变换，提升频率时，压缩机高速旋转，空调器高速调节室温；降低频率时，压缩机低速旋转，空调器均衡室温。因此，变频式空调器可以根据需要，在室外气温、室内人数变化的情况下，通过压缩机转速的变化，加大或减小功率，变换频率压缩制冷剂，将温度环境调节得更舒适。

直流变频空调器的压缩机转速变化是通过逆变器控制无刷直流电机的输入电流的相位来实现。逆变器是无刷直流电机驱动电路的主要组成部件，由变频模块改***件控制逻辑来控制输入电机的调相驱动电流，以实现压缩机电机的变速转动。

无刷直流电机的转子由永磁铁构成，定子采用整距集中绕组，省去普通直流电机所必需的电刷，程序控制输入的调相驱动电流。利用逆变器在对无刷直流电机输入电流进行控制时，需要及时测定转子磁极的位置检测信号，为程序控制提供准确地调相信息。

无刷直流电机克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声大、可靠性差和寿命短等，又具有交流电机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失等。所以，采用无刷直流电机的直流变频空调器具有更节能、更高效的优点。

图1显示现有技术的一种无刷直流电机的驱动电路结构及其逆变器控制中的电流流向示意图。图2为图1中逆变器变频模块晶体管电压变化示意图。

如图1和图2所示，无刷直流电机驱动电路中包括整流二极管D、滤波电容C和逆变器。交流电流经整流滤波变成直流电流后，再经逆变器调相后输入压缩机的三相电机。逆变器的变频模块主要由六个场效应晶体管T1～T6构成。六个场效应晶体管每两个串联形成一个电路桥臂，串联形成的三个晶体管电路桥臂并联在输入电路上。

即，晶体管T1的源极连接晶体管T4的漏极，晶体管T3的源极连接晶体管T6的漏极，晶体管T5的源极连接晶体管T2的漏极；晶体管T1、T3、T5的漏极连接滤波电容C的正极，晶体管T4、T6、T2的源极连接滤波电容C的负极。

每个电路桥臂的两晶体管之间与压缩机电机的一条相引线连接，晶体管T1、T4之间连接U相引线，晶体管T3、T6之间连接V相引线，晶体管T5、T2之间连接W相引线。

同时，每个场效应晶体管并联一个续流二极管，续流二极管的连接场效应晶体管的漏极，续流二极管的正极连接场效应晶体管的源极。六个场效应晶体管T1、T2、T3、T4、T5和T6分别对应六个续流二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6。

上述无刷直流电机输入电流的逆变器控制方法由变频模块中不同场效应晶体管的触发和导通来实现。逆变器控制方法由循环进行的下述电路触发的六个阶段组成，每个阶段有两个晶体管工作，一个晶体管保持导通，一个晶体管触发导通，每个阶段的中晶体管触发、导通多次，触发、导通次数可根据程序设定。

第一阶段：晶体管T6保持导通状态，晶体管T1触发导通。晶体管T1触发导通时，经过整流滤波的直流电流通过T1→U→V→T6形成回路；当晶体管T1触发脉冲完成时，晶体管T1关闭，电流通过晶体管T4旁边的续流二极管D4流通，这时电流方向为U→V→T6→D4。在第一阶段，晶体管T1和续流二极管D4进行多次上述触发脉冲循环。

第二阶段：晶体管T1保持导通状态，晶体管T2触发导通。晶体管T2触发导通，经过整流滤波的直流电流经过T1→U→W→T2形成回路；当晶体管T2触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，电流通过晶体管T5旁边的续流二极管D5流通，这时电流方向为T1→U→W→D5。在第二阶段，晶体管T2和续流二极管D5进行多次上述触发脉冲循环。

第三阶段：晶体管T2保持导通状态，晶体管T3触发导通。晶体管T3触发导通时，经过整流滤波的直流电流经过T3→V→W→T2形成回路；当晶体管T3触发脉冲完成时，晶体管T3关闭，电流通过晶体管T6旁边的续流二极管D6流通，这时电流方向为V→W→T2→D6。在第三阶段，晶体管T3和续流二极管D6进行多次上述触发脉冲循环。

第四阶段：晶体管T3保持导通状态，晶体管T4触发导通。晶体管T4触发导通时，经过整流滤波的直流电流经过T3→V→U→T4形成回路；当晶体管T4触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，电流通过晶体管T1旁边的续流二极管D1流通，这时电流方向为T3→V→U→D1。在第四阶段，晶体管T4和续流二极管D1进行多次上述触发脉冲循环。

第五阶段：晶体管T4保持导通状态，晶体管T5触发导通。晶体管T5触发导通时，经过整流滤波的直流电流经过T5→W→U→T4，形成回路；当晶体管T5触发脉冲完成时，晶体管T5关闭，电流通过晶体管T2旁边的续流二极管D2流通，这时电流方向为W→U→T4→D2。在第五阶段，晶体管T5和续流二极管D2进行多次上述触发脉冲循环。

第六阶段：晶体管T5保持导通状态，晶体管T6触发导通。晶体管T6触发导通时，经过整流滤波的直流电流经过T5→W→V→T6，形成回路；当晶体管T6触发脉冲完成时，晶体管T6关闭，电流通过晶体管T3旁边的续流二极管D3流通，这时电流方向为T5→W→V→D3。在第六阶段，晶体管T6和续流二极管D3进行多次上述触发脉冲循环。

但是，对于上述现有技术的无刷直流电机输入电流的逆变器控制方法，由于续流二极管的导通电压降大多是0.7V，相对应的电机在低转速时电机绕组的反电动势较小，因此，续流二极管的电压降对整个回路的影响比重就比较大，会导致转子磁极的位置检测信号精度降低，使电机的电流不能精确换相，甚至不能正常运行。而且，在电机高速运转时，续流二极管流过的电流增大，致使电能损耗较大，会增加无刷直流电机乃至整个空调器的能耗。

发明内容

针对上述现有技术的无刷直流电机输入电流的逆变器控制方法，存在电机低速运转时转子磁极的位置检测信号精度降低以及二极管续流增大无刷直流电机能耗的问题，本发明推出改进的无刷直流电机输入电流逆变器控制方法，其目的是采用导通同一电路桥臂上的另一只晶体管代替续流二极管续流，以提高转子磁极位置检测信号精度和降低电机能耗。

本发明所涉及的无刷直流电机逆变器控制方法由循环进行的六个电路触发阶段组成。每个阶段有三个晶体管工作，一个晶体管保持导通，二个在同一电路桥臂上串联的晶体管交替触发导通，二个晶体管交替触发导通的次数可根据程序设定。

第一阶段，晶体管T6保持导通状态，晶体管T1和晶体管T4交替触发导通。第二阶段，晶体管T1保持导通状态，晶体管T2和晶体管T5交替触发导通。第三阶段，晶体管T2保持导通状态，晶体管T3和晶体管T6交替触发导通。第四阶段，晶体管T3保持导通状态，晶体管T4和晶体管T1交替触发导通。第五阶段，晶体管T4保持导通状态，晶体管T5和晶体管T2交替触发导通。第六阶段，晶体管T5保持导通状态，晶体管T6和晶体管T3交替触发导通。

本发明所涉及的无刷直流电机逆变器控制方法通过上述六个电路触发阶段的依次循环进行，控制输入电机的调相驱动电流，以实现压缩机电机的变速转动。由于采用导通同一电路桥臂上的另一只晶体管代替续流二极管续流，提高了转子磁极位置检测信号精度和降低电机能耗，增进了直流变频空调器的整机性能。

附图说明

图1为现有技术的无刷直流电机的驱动电路结构及其逆变器控制中的电流流向示意图。

图2为现有技术的无刷直流电机逆变器变频模块晶体管电压变化示意图。

图3为本发明的无刷直流电机的驱动电路结构及其逆变器控制中的电流流向示意图。

图4为本发明的逆变器变频模块晶体管电压变化示意图。

附图图面的主要标记说明：

C、滤波电容                          D、整流二极管

T1、T2、T3、T4、T5、T6、场效应晶体管

D1、D2、D3、D4、D5、D6、续流二极管

U、电机U相引线                       V、电机V相引线

W、电机W相引线                       T、时间

V1、晶体管T1的电压                   V2、晶体管T2的电压

V3、晶体管T3的电压                   V4、晶体管T4的电压

V5、晶体管T5的电压                   V6、晶体管T6的电压

具体实施方式

现结合附图说明本发明的具体实施方式。如图3和图4所示，本发明所涉及的本发明所涉及的无刷直流电机逆变器控制方法由循环进行的电路触发六个阶段组成。每个阶段有三个晶体管工作，一个晶体管保持导通，二个在同一电路桥臂上串联的晶体管交替触发导通，二个晶体管交替触发导通的次数可根据程序设定。

第一阶段：晶体管T6保持导通状态，晶体管T1和晶体管T4交替触发导通。晶体管T1首先触发导通时，经过整流滤波的直流电流通过T1→U→V→T6形成回路；当晶体管T1的触发脉冲完成时，晶体管T1关闭，导通晶体管T4，电流方向为U→V→T6→T4；当晶体管T4的触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，再导通晶体管T1，电流方向为T1-U-V-T6；当晶体管T1的触发脉冲完成时，晶体管T1关闭，再导通晶体管T4，电流方向为U→V→T6→T4。晶体管T1和晶体管T4交替触发导通多次。

第二阶段：晶体管T1保持导通状态，晶体管T2和晶体管T5交替触发导通。晶体管T2首先触发导通，经过整流滤波的直流电流通过T1→U→W→T2形成回路；当晶体管T2的触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，导通晶体管T5，电流方向为T1→U→W→T5。当晶体管T5的触发脉冲完成时，晶体管T5关闭，再导通晶体管T2，电流方向为T1→U→W→T2；当晶体管T2的触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，再导通晶体管T5，电流方向为T1→U→W→T5。晶体管T2和晶体管T5交替触发导通多次。

第三阶段：晶体管T2保持导通状态，晶体管T3和晶体管T6交替触发导通。晶体管T3首先触发导通时，经过整流滤波的直流电流通过T3→V→W→T2形成回路；当晶体管T2的触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，导通晶体管T6，电流方向为V→W→T2→T6；当晶体管T6的触发脉冲完成时，晶体管T6关闭，再导通晶体管T3，电流方向为T3→V→W→T2；当晶体管T3的触发脉冲完成时，晶体管T3关闭，再导通晶体管T6，电流方向为V→W→T2→T6。晶体管T3和晶体管T6交替触发导通多次。

第四阶段：晶体管T3保持导通状态，晶体管T4和晶体管T1交替触发导通。晶体管T4首先触发导通，经过整流滤波的直流电流通过T3→V→U→T4形成回路；当晶体管T4的触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，导通晶体管T1，电流方向为T1→U→W→T3。当晶体管T1的触发脉冲完成时，晶体管T1关闭，再导通晶体管T4，电流方向为T3→V→U→T4；当晶体管T4的触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，再导通晶体管T1，电流方向为T1→U→W→T3。晶体管T4和晶体管T1交替触发导通多次。

第五阶段：晶体管T4保持导通状态，晶体管T5和晶体管T2交替触发导通。晶体管T5首先触发导通时，经过整流滤波的直流电流通过T5→W→U→T4形成回路；当晶体管T4的触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，导通晶体管T2，电流方向为W→U→T4→T2；当晶体管T2的触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，再导通晶体管T5，电流方向为T5→W→U→T4；当晶体管T5的触发脉冲完成时，晶体管T5关闭，再导通晶体管T2，电流方向为V→W→T4→T2。晶体管T5和晶体管T2交替触发导通多次。

第六阶段：晶体管T5保持导通状态，晶体管T6和晶体管T3交替触发导通。晶体管T6首先触发导通，经过整流滤波的直流电流通过T5→W→V→T6形成回路；当晶体管T6的触发脉冲完成时，晶体管T6关闭，导通晶体管T3，电流方向为T5→W→V→T3。当晶体管T3的触发脉冲完成时，晶体管T3关闭，再导通晶体管T6，电流方向为T5→W→V→T6；当晶体管T6的触发脉冲完成时，晶体管T6关闭，再导通晶体管T3，电流方向为T5→W→V→T3。晶体管T6和晶体管T3交替触发导通多次。

Claims (8)

1、一种无刷直流电机逆变器控制方法，由构成逆变器变频模块的六个场效应晶体管(T1、T2、T3、T4、T5、T6)中不同晶体管的触发和导通来实现，其特征在于，逆变器控制方法由循环进行电路触发的六个阶段组成，每个阶段有三个晶体管工作，一个晶体管保持导通，二个在同一电路桥臂上串联的晶体管交替触发导通。

2、根据权利要求1所述的无刷直流电机逆变器控制方法，其特征在于，循环进行电路触发的六个阶段包括：第一阶段，晶体管(T6)保持导通状态，晶体管(T1)和晶体管(T4)交替触发导通；第二阶段，晶体管(T1)保持导通状态，晶体管(T2)和晶体管(T5)交替触发导通；第三阶段，晶体管(T2)保持导通状态，晶体管(T3)和晶体管(T6)交替触发导通；第四阶段，晶体管(T3)保持导通状态，晶体管(T4)和晶体管(T1)交替触发导通；第五阶段，晶体管(T4)保持导通状态，晶体管(T5)和晶体管(T2)交替触发导通；第六阶段，晶体管(T6)保持导通状态，晶体管(T1)和晶体管(T4)交替触发导通。

3、根据权利要求2所述的无刷直流电机逆变器控制方法，其特征在于，循环进行电路触发的第一阶段为：晶体管T1首先触发导通时，经过整流滤波的直流电流通过T1→U→V→T6形成回路；当晶体管T1的触发脉冲完成时，晶体管T1关闭，导通晶体管T4，电流方向为U→V→T6→T4；当晶体管T4的触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，再导通晶体管T1，电流方向为T1-U-V-T6；当晶体管T1的触发脉冲完成时，晶体管T1关闭，再导通晶体管T4，电流方向为U→V→T6→T4；晶体管T1和晶体管T4交替触发导通多次。

4、根据权利要求2所述的无刷直流电机逆变器控制方法，其特征在于，循环进行电路触发的第二阶段为：晶体管T2首先触发导通，经过整流滤波的直流电流通过T1→U→W→T2形成回路；当晶体管T2的触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，导通晶体管T5，电流方向为T1→U→W→T5；当晶体管T5的触发脉冲完成时，晶体管T5关闭，再导通晶体管T2，电流方向为T1→U→W→T2；当晶体管T2的触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，再导通晶体管T5，电流方向为T1→U→W→T5；晶体管T2和晶体管T5交替触发导通多次。

5、根据权利要求2所述的无刷直流电机逆变器控制方法，其特征在于，循环进行电路触发的第三阶段为：晶体管T3首先触发导通时，经过整流滤波的直流电流通过T3→V→W→T2形成回路；当晶体管T2的触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，导通晶体管T6，电流方向为V→W→T2→T6；当晶体管T6的触发脉冲完成时，晶体管T6关闭，再导通晶体管T3，电流方向为T3→V→W→T2；当晶体管T3的触发脉冲完成时，晶体管T3关闭，再导通晶体管T6，电流方向为V→W→T2→T6；晶体管T3和晶体管T6交替触发导通多次。

6、根据权利要求2所述的无刷直流电机逆变器控制方法，其特征在于，循环进行电路触发的第四阶段为：晶体管T4首先触发导通，经过整流滤波的直流电流通过T3→V→U→T4形成回路；当晶体管T4的触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，导通晶体管T1，电流方向为T1→U→W→T3；当晶体管T1的触发脉冲完成时，晶体管T1关闭，再导通晶体管T4，电流方向为T3→V→U→T4；当晶体管T4的触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，再导通晶体管T1，电流方向为T1→U→W→T3；晶体管T4和晶体管T1交替触发导通多次。

7、根据权利要求2所述的无刷直流电机逆变器控制方法，其特征在于，循环进行电路触发的第五阶段为：晶体管T5首先触发导通时，经过整流滤波的直流电流通过T5→W→U→T4形成回路；当晶体管T4的触发脉冲完成时，晶体管T4关闭，导通晶体管T2，电流方向为W→U→T4→T2；当晶体管T2的触发脉冲完成时，晶体管T2关闭，再导通晶体管T5，电流方向为T5→W→U→T4；当晶体管T5的触发脉冲完成时，晶体管T5关闭，再导通晶体管T2，电流方向为V→W→T4→T2；晶体管T5和晶体管T2交替触发导通多次。

8、根据权利要求2所述的无刷直流电机逆变器控制方法，其特征在于，循环进行电路触发的第六阶段为：晶体管T6首先触发导通，经过整流滤波的直流电流通过T5→W→V→T6形成回路；当晶体管T6的触发脉冲完成时，晶体管T6关闭，导通晶体管T3，电流方向为T5→W→V→T3；当晶体管T3的触发脉冲完成时，晶体管T3关闭，再导通晶体管T6，电流方向为T5→W→V→T6；当晶体管T6的触发脉冲完成时，晶体管T6关闭，再导通晶体管T3，电流方向为T5→W→V→T3；晶体管T6和晶体管T3交替触发导通多次。

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