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| 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)雙模式控制(zxj) |
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摘要：在分析電機(jī)運(yùn)行原理和應(yīng)用要求的基礎(chǔ)上，引用基于新型逆變器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)雙模式控制方法，設(shè)計(jì)出無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)雙模式控制器，基速以下采用雙閉環(huán)控制方法，基速以上采用弱磁擴(kuò)速控制方法．．仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方案可行，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在寬速度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；雙模式；雙閉環(huán)控制；弱磁擴(kuò)速O引 言傳統(tǒng)的尤刷直流電動(dòng)機(jī)控制方法使用開(kāi)環(huán)控制、速度閉環(huán)或者速度和電流雙閉環(huán)控制等，這些控制方法只適用于基速以下控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速。
在一些需要寬速度范圍的場(chǎng)合，要求電機(jī)既能夠在基速以下(恒轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi))工作，又能夠在基速以上(恒功率范圍內(nèi))工作，本文引用的基于新型逆變器的雙模式控制方法能夠滿足這個(gè)要求。
1雙模式控制的原理無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)雙模式控制是指電機(jī)在兩種工作模式下運(yùn)行，即雙閉環(huán)控制模式和弱磁擴(kuò)速控制模式：當(dāng)電機(jī)在基速以下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)要求電機(jī)有較好的調(diào)速特性，使用雙閉環(huán)控制策略能夠獲得較好的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩特性；當(dāng)電機(jī)在基速以上運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)要求電機(jī)能夠在基速以上穩(wěn)定運(yùn)行，使用弱磁擴(kuò)速控制策略叫‘以實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求”。
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)控制比較成熟，在此不再贅述，下面洋細(xì)介紹弱磁擴(kuò)速控制。
由于元刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁不可調(diào)節(jié)，因此無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁擴(kuò)速控制實(shí)班起來(lái)比較困難。
日前研究較多的控制方法有：相位超前法“。，但是這種控制方法會(huì)導(dǎo)致電機(jī)電流過(guò)大。；改變電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，用復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無(wú)刷自：流電動(dòng)機(jī)并結(jié)合相應(yīng)的控制方法能夠獲得一定的弱磁擴(kuò)速效果，但是這種方法同時(shí)增加了電機(jī)設(shè)計(jì)的難度’’；基于瞬時(shí)無(wú)功功率的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁控制”“，此方法需要實(shí)時(shí)計(jì)算瞬時(shí)的無(wú)功功率，岡此對(duì)cPIt的實(shí)時(shí)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力要求較高，同時(shí)需要檢測(cè)電機(jī)三相的電流，因而對(duì)控制器硬件要求較高，而且擴(kuò)速效果電一般，只能到基速的兩倍左右。
為r獲得更好的控制性能，在電機(jī)的本體結(jié)構(gòu)小能改變前提下，只能通過(guò)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速。
本文在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，引用基于新型逆變器的雙模式法成功實(shí)現(xiàn)了表貼式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的弱磁擴(kuò)速控制。
雙閉環(huán)模式法與傳統(tǒng)電流相位超前法的區(qū)別在于逆變器的電路結(jié)構(gòu)，其電路結(jié)構(gòu)如圖l所示。其中vTl～VT6為主開(kāi)關(guān)管，VT7～VTl2為起阻斷不應(yīng)導(dǎo)通相中電流作用的開(kāi)關(guān)管，D1～D12為續(xù)流二極管。雙閉環(huán)控制模式時(shí)，主開(kāi)關(guān)管VTl～VT6作用于傳統(tǒng)三相橋工作原理相同，VT7～VTl2則全導(dǎo)通。弱磁擴(kuò)速控制模式時(shí)，主開(kāi)關(guān)管VTl～VT6作用小變，VT7～VTl2則根據(jù)需要而導(dǎo)通或者關(guān)斷。
如圖2所示，當(dāng)霍爾信號(hào)Ha、Hb、Hc的電平值分別為低、低、高時(shí)，VTl、vT6導(dǎo)通，其余斷開(kāi)，日c相反電勢(shì)大于』相反電勢(shì)；此時(shí)如果vT9是關(guān)斷的，那么c相無(wú)電流，因?yàn)閂T9管阻塞了原本會(huì)出現(xiàn)的電流回路；此時(shí)若VT9導(dǎo)通，c相與A相反電勢(shì)的相互作用使c相產(chǎn)生電流，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)電流大大增加。同理可知，在其它相位超前角和不同霍爾信號(hào)下，分別有對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)管阻斷相應(yīng)相的電流，從而抑制電機(jī)的功率回饋，進(jìn)而限制電機(jī)內(nèi)部電流。
因此，使用雙模式逆變器就能夠避免普通干日位超前法引起的電機(jī)電流過(guò)大的問(wèn)題。
2仿真針對(duì)以上分析，本文利用MATLAB／simulink來(lái)驗(yàn)證雙模式逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)弱磁擴(kuò)速。仿真模型中所用到的電機(jī)參數(shù)：永磁體產(chǎn)生的磁鏈為0.175 v·s，定子相電感為0.008 5 H，定子電阻為2．875n，極對(duì)數(shù)為4，摩擦系數(shù)為O.001 N·m·s，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為O.000 8 kg-m2。
仿真模型中所用的控制方法為相位超前法，分別對(duì)使用普通三相逆變器和使用雙模式逆變器兩種情況進(jìn)行仿真分析。仿真時(shí)的直流母線電壓設(shè)為200 V，PwM占窄比設(shè)為1。使用普通三相逆變器且給定轉(zhuǎn)矩為1 N-m時(shí)、不同相位超前角度下的電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流和擴(kuò)速倍數(shù)對(duì)照表如表l所示；使用雙模式逆變器且給定轉(zhuǎn)矩為1 N·m時(shí)、不同相位超前角度下的電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流和擴(kuò)速倍數(shù)對(duì)照表如表2所示。為保證電機(jī)產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩，取相位超前角****值為80。。
由表1和表2可知，使用普通三相逆變器時(shí)，增加相位超前角時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，同時(shí)電機(jī)電流也會(huì)迅速增大；使用雙模式逆變器時(shí)，增加相位超前角時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，電機(jī)電流增大并不多。
3實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證前向的分析和仿真結(jié)果。
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)雙模式控制器采用的主控芯片為微芯公司生產(chǎn)的dsPIc30F4011，逆變器中的電力電子開(kāi)關(guān)器件為IR公司生產(chǎn)的IGBT，型號(hào)為IRG4BC30KD．實(shí)驗(yàn)所用的電機(jī)的轉(zhuǎn)速額定值2 000 r／mtn，****2 500∥min，額定電流為4 5 A，額定轉(zhuǎn)矩4 N·m，****轉(zhuǎn)矩12 N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0．68×10-3kgm2，極對(duì)數(shù)為4。為實(shí)驗(yàn)方便，這里取直流穩(wěn)壓電源作為母線電源，母線電壓取50 V，那么此時(shí)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(即電機(jī)的基速)約為390 r／min，額定功率約為163 w。
當(dāng)給定轉(zhuǎn)速小于基速時(shí)，使用雙閉環(huán)控制，通過(guò)控制PwM 占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，不需要使用相位超前控制；當(dāng)給定轉(zhuǎn)速大于基速時(shí)，使用相位超前控制，通過(guò)控制相位超前角來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
無(wú)刷電機(jī)購(gòu)買
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