基于一個(gè)公共直流信號(hào)的無刷直流電動(dòng)機(jī)的電流控制方案
摘要：
本文介紹了一種直流無刷電機(jī)的簡(jiǎn)化電流的控制調(diào)制技術(shù)。它基于類方波電流的產(chǎn)生僅使用一個(gè)電流控制三相。這種方案的優(yōu)點(diǎn)有：
a)控制電路非常簡(jiǎn)單；
b)相間電流保持平衡；
c)避免了在扁平板中檢測(cè)直流連接電流的困難：
d)僅通過一個(gè)直流分量控制電流。
這些特點(diǎn)允許使用三角形載波器作為功率晶體管的電流控制方案，相對(duì)于其它選擇，它更易、更優(yōu)。使用電子模擬器的計(jì)算機(jī)仿真( psim)，已顯示了這一解決方案的優(yōu)良特性及其簡(jiǎn)易性。例如在階躍響應(yīng)和反相條件下，使用一個(gè)15kw的電動(dòng)機(jī)逆變器系統(tǒng)所做的一些試驗(yàn)顯示了它在穩(wěn)定狀態(tài)和過渡狀態(tài)時(shí)的****表現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：電機(jī)換流系統(tǒng)，功率晶體管，psim.
1 引言
在電力牽引及其它一些應(yīng)用中，需要電動(dòng)機(jī)有一個(gè)寬范圍的速度和轉(zhuǎn)矩控制。直流電機(jī)能滿足這些需要，但這些電機(jī)需要周期性的維護(hù)。交流電機(jī)像感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁無刷電動(dòng)機(jī)沒有電刷和換向器，它們的轉(zhuǎn)子由于不存在電機(jī)換向器或者滑環(huán)而很牢靠。這就意味著只需要很少的維護(hù)。這也提高了功率／重量比及效率。連續(xù)控制得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，它給電力牽引設(shè)備[1]、[2]提供了很高的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。然而這種拉制類型很復(fù)雜。對(duì)電力牽引設(shè)備的控制，在硬件上，永磁無刷電機(jī)的發(fā)展使得它有了一個(gè)很大的簡(jiǎn)化[3l-[5j。時(shí)下，用于電力牽引設(shè)備的兩種永磁無刷電動(dòng)機(jī)最流行：
(1)用正弦波電流驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)(pmsm)
(2)用類方波電流驅(qū)動(dòng)的永磁直流電動(dòng)機(jī)(bldcm)
這兩種設(shè)計(jì)消除了轉(zhuǎn)予銅損耗，和傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，能得到很高的峰值效率（20到l00kw的釹鐵硼電動(dòng)機(jī)在百分之95）。面且，psm及bldcm的功率／重量比高于相應(yīng)的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)。上述特點(diǎn)及高可靠的控制使得這一類型電機(jī)成為為電氣機(jī)車應(yīng)用中的一個(gè)強(qiáng)有力的牽引系統(tǒng)[6]。
本文介紹的這種研究用來給出一個(gè)簡(jiǎn)易及高效的調(diào)整控制系統(tǒng)，它會(huì)給出很好的電流波形。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，基于以下優(yōu)點(diǎn)選擇了bldcm:
(l)類方波電樞電流主要由通過它們的****幅值決定，它直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩；
(2)軸的位置傳感系統(tǒng)僅需要輸出六個(gè)數(shù)字信號(hào)來控制逆變器的晶體管；
(3)由于晶體管本身存在的延遲時(shí)間，逆變器性能很可靠。
第一個(gè)特點(diǎn)允許設(shè)計(jì)一個(gè)電路僅用來控制一個(gè)直流分量，它代表了梯形方波電流的****幅值imax。第二及第三個(gè)特點(diǎn)允許減少其它電機(jī)所需的復(fù)雜電路，允許自同步過程來操縱電機(jī)。控制用于牽引設(shè)備的bldcm的最流行的方法是通過電壓源電流控制的逆變器。逆變器必須提供一個(gè)類方波電流，它的****值imax和電機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩成正比[7]。然后，通過控制相流，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都能得到調(diào)整。有兩種方法控銣bldcm的相電流：
(1)通過對(duì)相電流的檢測(cè)，相電流通過比較使它跟隨一個(gè)類方波形模板
(2)通過對(duì)直流連接電流的檢測(cè)，贏流連接電流用來得到相電流的****值imax
在第一靜情況下，控制是復(fù)雜的，因?yàn)樗枰a(chǎn)生三相類方波形電流模板，各相相差120度而且，三相電流模板很難跟隨電機(jī)電流，因?yàn)橐肓讼辔灰苿?dòng)和延遲[8]。在第二種情況下，很難檢測(cè)直流電流，因?yàn)樵诠β誓孀兤髦械木w管和直流電容的連接是用扁平板做的，用來減少漏感。因而，很難連接一個(gè)電流傳感器。為避免這些缺點(diǎn)，本文中等效的直流電流是通過檢測(cè)電樞電流得到的。這些電流被整流，從而獲得了對(duì)應(yīng)于原始的相電流的最少值，的一個(gè)直流分量。然后這一直流分量被用來驅(qū)動(dòng)bldcm。這一方案的優(yōu)點(diǎn)有：
(1)定子電流完全由它們的****幅值決定
(2)三相都由同一個(gè)直流分量控制，因而相電流定被保持在完全相同的****幅值imax上
(3)不需要檢測(cè)直流連接電流
這些特點(diǎn)允許采用三角形載波器作為功率晶體管的電流控制方案，這比其它調(diào)制方法容易待多、精確得多。
2建議的控制系統(tǒng)
建議的控制方案系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)的運(yùn)行過程如下：電動(dòng)機(jī)是無刷直流類型，電樞電流的波形是類方波的。這些電流通過電流檢測(cè)器檢測(cè)到，并轉(zhuǎn) |
