前置電流型兩象限斬波器的無(wú)刷直流電機(jī)控制器研究
徐蕾，馬瑞卿，李虛懷，曹濤
(西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，西安710072)
摘要：研究了基于前置電流型兩象限斬波器的無(wú)刷直流電機(jī)控制方法。介紹了電路的硬件結(jié)構(gòu)，分析了利用該方法抑制電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，改善電機(jī)制動(dòng)特性的原理。在matlab/simulink環(huán)境下建立了控制系統(tǒng)的仿真模型，給出了仿真結(jié)果并與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，電流型兩象限斬波器能夠明顯減少無(wú)刷直流電機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，改善電機(jī)制動(dòng)特性。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；斬波器；電流波動(dòng)；仿真模型
中圖分類號(hào)：tm36+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)02-0062-04
0引 言
本文對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)電流波動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。提出采用前置電流型兩象限斬波器的方法減少電機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，同時(shí)改善電機(jī)制動(dòng)特性。
在matlab/simulink壞境下建立了電流型兩象限斬波器的仿真模型并將其應(yīng)用于無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。通過(guò)與傳統(tǒng)方式下仿真結(jié)果的對(duì)比，證明了通過(guò)前囂電流型兩象限斬波器能夠有效抑制無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電流波動(dòng)，同時(shí)改善電機(jī)制動(dòng)性能。
1主電路結(jié)構(gòu)
采用前置電流型兩象限斬波器的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。主電路由電流型兩象限斬波器和三相全橋逆變器組成。
傳統(tǒng)的三相全橋逆變器在工作時(shí)，六個(gè)功率開(kāi)關(guān)管全部（雙極性調(diào)制）或部分（單極性調(diào)制）工作在pwm狀態(tài)。而圖l所示系統(tǒng)中，功率開(kāi)關(guān)管tl~ t6工作在120度導(dǎo)通方式下，其開(kāi)通和關(guān)斷由控制器根據(jù)位置傳感器信號(hào)確定。功率開(kāi)關(guān)管t7和t8工作在互補(bǔ)pwm狀態(tài)。由于tl~ t6工作在低頻狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗大大減小。電機(jī)起動(dòng)時(shí)，以t7、d7為主，構(gòu)成降壓型斬波電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)壓調(diào)速。制動(dòng)時(shí)，以t8、d8為主，它們與l構(gòu)成boost電路，使電機(jī)能量回饋電源。二極管d9主要用于換相保護(hù)，防止逆變器功率管關(guān)斷時(shí)電感電流無(wú)續(xù)流回路而產(chǎn)生大的損壞功率管。
2電流波動(dòng)分析
當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)下時(shí)．忽略功率管導(dǎo)通壓降，則等效電路如圖2所示。當(dāng)t7導(dǎo)通時(shí)，電源向電機(jī)供電，電路中電流上升；當(dāng)t7關(guān)斷時(shí)，電流通過(guò)二極管d7續(xù)流。為了使負(fù)載電流連續(xù)且波動(dòng)小，通常l較大。如果斬波器中的電感l(wèi)較小，負(fù)載電流可能出現(xiàn)斷續(xù)。一般不希望出現(xiàn)電[3]斷續(xù)的情況，所以本文只討論電流連續(xù)的情況。電流連續(xù)時(shí)的電流波形如圖3所示。
忽略功率開(kāi)關(guān)管和二極管的導(dǎo)通壓降，當(dāng)17處于開(kāi)通狀態(tài)時(shí)，回路電壓平衡方程為：
式中，ud為電源電壓(v)；id為電機(jī)電流(a)；l為斬波器電感(h)；r為電機(jī)每相繞組電阻(ω)；lc為電機(jī)每相繞組電感(h)；m為電機(jī)每相繞組互感(h)。
設(shè)這一階段電流初始值為i20，解上式可得：
當(dāng)t7處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，同路的電壓平衡方程為：
設(shè)這一階段的初始電流為ki20則解主式可得：
當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，可認(rèn)為：
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