基于svpwm和電流調(diào)節(jié)控制的無位置傳感器 bldcm的起動控制
孟光偉，李槐樹，熊浩
（海軍工程大學(xué)電氣工程系，武漢430033）
摘要：針對無位置傳感器的永磁無刷直流電機(jī)的起動控制，分析了二二導(dǎo)通三相逆變器的電壓空間矢量pwm控制，提出了具有二二導(dǎo)通的svpwm控制和電流調(diào)節(jié)控制的無位置傳感器bldcm的起動控制，其中電流調(diào)節(jié)控制采用兩點式比較器控制。該起動控制方法不但能有效控制起動電流大小，而且改善了bldcm開環(huán)起動性能。通過仿真比較表明，在保持對二二導(dǎo)通bldcm電流調(diào)節(jié)控制的基礎(chǔ)上，svpwm起動控制比升頻起動控制性能更好。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；電壓空間矢量；電流；起動；控制
中圖分類號：tm36+li 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)04-0045-04
o引言
對于有位置傳感器的梯形波永磁無刷直流電機(jī)來說，順利起動是不存在什么問題的。但對于靠反電勢進(jìn)行位置檢測的無位置傳感器無刷直流電機(jī)的起動來說，由于靜止以及低速時很難檢測到反電勢信號，從而使得電機(jī)怎樣順利起動成了重要問題。目前一般采用的方法是先他控同步式起動，使電機(jī)加速到反電勢可以被檢測到的速度，然后再利用反電勢檢測法切換到自控同步方式。
文獻(xiàn)[1-6]采用三段式起動方法，即首先給任意的兩相定子繞組通電一定時間，轉(zhuǎn)子將被定位在相應(yīng)的位置上，然后離線給出頻率逐漸增高的換相信號，電機(jī)將被加速，當(dāng)電機(jī)到達(dá)一定轉(zhuǎn)速后切換至自同步運(yùn)行，即無位置傳感器方式。文獻(xiàn)[7]采用預(yù)定位方式起動，省去了變頻升速過程，起動方式比較簡單，但對切換時間要求嚴(yán)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量不同或帶一定負(fù)載起動時，必須合理調(diào)整電路參數(shù)。文獻(xiàn)[8]采用了升頻升壓同步起動方式，設(shè)計了一個帶壓控振蕩器和環(huán)形分配器的起動電路，使得控制電路復(fù)雜化；文獻(xiàn)[9]運(yùn)用dsp內(nèi)的事件管理器用軟件方法，實現(xiàn)升頻升壓起動，不必增如外圍設(shè)備，簡化了硬件電路。文獻(xiàn)[10]提出了控制相電流與起動曲線相對應(yīng)的起動方法，但對于不同的負(fù)載有不同的起動曲線，該辦法適用于固定負(fù)載的場合。文獻(xiàn)[ 11-12]通過他控恒頻進(jìn)行換相，同時對反電勢過零點進(jìn)行檢測，當(dāng)連續(xù)n次檢測到開路相的反電勢過零點后，切換到自控狀態(tài)；文獻(xiàn)[13]運(yùn)用dsp芯片，用軟件算法實現(xiàn)他控恒頻升壓開環(huán)起動控制。文獻(xiàn)[ 14-15]描述了短時檢測脈沖轉(zhuǎn)子定位起動法，其轉(zhuǎn)子定位方法不同于三段式起動方法。由于轉(zhuǎn)子永磁體對帶鐵芯的定子線圈具有增磁或去磁作用，使線圈電感￡減小或增大，轉(zhuǎn)子的位置不同，定子線圈電感的大小不同，當(dāng)對定子繞組施加固定脈寬題，而且電機(jī)轉(zhuǎn)速的振蕩劇烈程度隨著轉(zhuǎn)動慣量和外施電壓大小而不同。另外，由于無刷直流電機(jī)的定子磁勢在空間上表現(xiàn)為步進(jìn)式變化，因此定子磁勢與轉(zhuǎn)子d軸的夾角是不斷變化的，甚至出正、負(fù)交替，導(dǎo)致起動過程是一個抖動上升過程，起動電流波動也很大，起動過程參數(shù)整定困難，而且一旦負(fù)載變化，需重新調(diào)整參數(shù)。三段式起動和升頻升壓起動，都是通過逐漸調(diào)節(jié)電壓來間接控制電流，起動電流沒有得到直接有效控制，起動性能差。
為解決起動過程的振蕩與抖動問題，有效限制起動電流，改善起動性能，避免起動過程的不確定性問題。可采用電壓空間矢量法，將逆變器和電機(jī)看作一個整體，通過控制逆變器中6個功率管的通斷，磁鏈軌跡向著電壓矢量方向移動，使電機(jī)定子磁鏈?zhǔn)噶縿討B(tài)跟蹤給定軌跡，通過選取合適的電壓矢量，控制定子磁鏈的幅值沿近似于圓形的軌跡旋轉(zhuǎn)，保證電機(jī)起動過程的平穩(wěn)和可靠。由于轉(zhuǎn)子是跟蹤定子磁鏈的，所以通過控制定子磁鏈旋轉(zhuǎn)的速度，便可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。另一方面，只要調(diào)節(jié)電壓空間零矢量作用時間，也即改變了電壓空間矢量幅值，就對定子電流實現(xiàn)了調(diào)節(jié)控制，可有效改善無位置傳感器下的開環(huán)起動性能。
1基于svpwm和電流調(diào)節(jié)控制的bldcm起動
由于元刷直流電動機(jī)的氣隙磁場、反電動勢以及電流是非正弦的，采用直、交軸坐標(biāo)變換已不是有效的分析方法。假設(shè)三相繞組完全對稱，忽略電機(jī)中的磁滯和渦流損耗，不計電樞反應(yīng)對氣隙磁通的影響。可得三相無刷直流電動機(jī)的等效電路如圖1所示。
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