北京永光高特微電機有限公司
Beijing  YongGuang  Micro-Motor  Manufacturing  Co.,Ltd.
 
新聞詳情

一種縮短無刷直流電動機換相續流時間的有效方法

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.fupoqq9.cn瀏覽數:2236

   摘要:詳細分析了無刷直流電動機換相續流過程以及由此帶來的危害,闡述了過長的換相續流時間導致無位置傳感器無法準確檢測位置信號以及增大換相轉矩脈動等問題,提出了一種縮短換相續流時間和減小轉矩脈動的有效方法。通過仿真和實驗證明了該方法可以有效縮短換相續流時間和減小轉矩脈動,從而避免了無位置傳感器因檢測不到位置信號而導致的電機失步現象,進一步提高系統穩定性。

l引  言

   無刷直流電動機具有體積小、重量輕、結構簡單、維護方便、高效、易于控制等一系列優點,已廣泛用于家用電器、伺服系統、機器人控制等領域。

   無刷直流電動機無位置傳感器技術從根本上解決了傳感器難于安裝和需要維護的弊病,同時大大降低了系統成本。為此,國內外許多學者致力于無刷直流電動機無位置傳感器控制方法的研究。然而,無刷直流電動機的換相續流將引起轉矩脈動,影響無位置傳感器對位置信號的檢測,而且過長的續流時間會引起無位置傳感器檢測不到位置

信號,從而導致電機失步。因此,過長的換相續流時間制約了無刷直流電動機無位置傳感器技術的發展。對于換相續流轉矩脈動問題,很多學者已進行了深入研究,并提出了許多解決方法,而對于過長續流時間引起無位置傳感器檢測不到位置信號而導致電機失步現象,還沒有文獻報道有效預防措施。本文深入分析了換相續流產生的原因以及由此引起的轉矩脈動,在此基礎上提出了一種縮短換相續流時間和減小轉矩脈動的有效方法,通過仿真和實驗證明了此方法是有效的,從而避免了無位置傳感器因檢測不到位置信號而導致的電機失步現象,提高了系統的穩定性。

2換相續流引起轉矩脈動的分析

   圖1為無刷直流電動機的等效主電路圖。具有梯形反電勢的無刷直流電動機采用120。二二導通方式。圖中V1~V6為開關管;L為串聯電感;R為分布電阻;ea、eb、ec分別表示每相的反電勢;UN示電機定子繞組中心點對地電壓;Ua、Ub、Uc分別表示每相輸出端對地電壓;Ed表示直流母線電壓。

   圖1無刷直流電動機等效主電路原理圖

   圖2為換相時刻電流變化示意圖。圖中,I0為電流峰值;keωm為反電勢峰值;t為換相續流時間;tc為換相續流結束時間。

    圖2換相時刻電流變化示意圖

假設a相換相續流時間和6相電流上升時間都為tc,c相電流ic沒有波動,轉速ωm恒定。則由圖2可知,導通區間的電流和反電勢如下:

     (1)

無刷直流電動機轉矩表達式: (2)

將式(1)代人式(2)得到換相前轉矩:Te=2keIo           (3)從式(3)中可以看出,電機轉矩為一恒定值。

   由圖2可知,換相時刻相電流和反電勢表達式如下:     (4)

將式(4)代入式(2)得到換相時刻轉矩:    (5)

式(5)中,Ti為恒定轉矩,Ttc為換相續流轉矩脈動。從式(5)中可以看出,換相續流轉矩脈動隨換相時間的變化而變化。對Ttc求導得:    (6)      (7)

       (8)

   圖3為根據Ttc得的換相時刻轉矩脈動示意圖。從圖可以看出,在tc/2處轉矩脈動最大。

    圖3換相時刻轉矩脈動示意圖

根據式(8),由于轉速ωm恒定,換相時刻轉矩脈動只與換相續流時間tc有關,換相續流時間越長,換相轉矩脈動越大。因此,為了減小換相轉矩脈動,應該盡量縮短續流時間。

   圖4a為續流時間較短時端電壓和相電流波形,圖4c為相應轉矩脈動,圖4b為續流時間較長時端電壓和相電流波形,圖4d為相應轉矩脈動。圖4b換相續流時間大于圖4a換相續流時間,相應地,圖4d換相轉矩脈動大于圖4c換相轉矩脈動。仿真波形證明了上述分析的正確性。

             

         (a)                      (b)                    (c)                      (d)

圖4不同換相續流時間仿真圖

   仿真圖中換相續流時間和開通相相電流上升時間不相等,非換相相電流在換相時刻有一個凹坑。因此,實際轉矩脈動要比理想情況下大一些。

3縮短換相續流時間和減小轉矩脈動的有效方法

無刷直流電動機采用120°兩兩導通方式時,有五種類型的PWM調制方式。本文采用上管PWM斬波、下管恒通的控制方式進行分析、仿真及實驗。

    圖5換相時刻等效電路圖

圖5為換相時刻等效電路圖。圖中D為斬波占空比。由圖5解得相電流如下:

       (9)

   圖6為換相續流仿真圖。其中圖6a為端電壓和相電流波形;圖6b為轉矩脈動波形。相電流在換相時刻有一個續流凹坑,電機輸出轉矩在每次換相時有換相轉矩波動。

              

           (a)                                          (b)

   圖6換相續流仿真圖

   無位置傳感器檢測技術一般通過檢測端電壓獲取反電勢過零點信號,過長的續流將影響位置信號的檢測。由于換相續流導致圖6a中端電壓下降沿脈沖的丟失,反電勢過零點也同時丟失。在這種情況下使用無位置傳感器檢測技術,必然因為檢測不到位置信號而導致電機失步,因此,應盡量縮短續流時間。

   本文提出一種縮短換相續流時間的有效方法,具體分析如下。

   在圖2所示換相時刻,強制關斷c相下管,則c相電流ic通過上管反并聯二極管續流,6相按原來方式進行PWM斬波。這樣處理后,換相時刻把直流母線電壓Ed反向加在U、U兩端,加快儲存在a相電感La上能量釋放,從而縮短a相續流時間。換相時刻等效電路如圖7所示。

   圖7換相時刻強制關斷下管等效電路圖

由圖7解得相電流如下:

   (10)

文獻[8]指出,通過增大換相時刻非換相相占空比可以有效減小轉矩脈動。換相時刻增大上管PWM斬波占空比,使D=1,代入式(10)得相電流如下:

         (11)

   比較式(9)和式(11)可以看出,式(11)中ia項變量t的系數大于式(9)中i0項t的系數,這樣,式(11)中口相電流從,n減小到0的時間小于式(9)的時間。因此,上管換相時刻強制關斷下管,只留上面一個管子開通,同時增大PWM占空比,可以有效縮短換相續流時間。

   圖8為換相時刻強制關斷下管并且加大占空比后仿真波形。圖中端電壓下降沿續流時間縮短,換相轉矩脈動減小,從而達到了預期控制效果。

        

        (a)                                     (b)

圖8強制縮短續流仿真圖

4實驗結果

根據上述分析,以松下5CSl02x型室外空調壓縮機為實驗對象,采用上管PWM斬波,下管恒通的控制方式進行實驗。圖9a為沒有采用縮短續流時間之前的端電壓和相電流波形。圖9b為采用縮短換相續流時間和補償占空比后端電壓和相電流波形。

實驗中,下管換相時由于不參加換相的上管進行PWM斬波,換相過程中關斷了一段時間,因此加速了下管換相的續流時間。圖9a中端電壓上升沿續流脈沖明顯小于端電壓下降沿續流凹坑,說明下管換相比上管換相續流時間短。實驗只需對上管換相進行處理,簡化控制算法。

由圖9b可知,采用縮短換相續流時間和補償占空比后,換相續流過程明顯縮短,電流換相凹坑也同時減小。

      

            (a)                                (b)

  圖9端電壓和相電流實驗波形

需要指出的是,本文實驗所用電機定子電感不是很大,由于實驗條件所限,實驗電流也不是很大,因此換相續流現象不是特別明顯。對于定子電感很大的電機,在重載運行下,續流時間會超過30°,這樣會淹沒反電勢過零點,此時采用無位置傳感器檢測技術,因檢測不到位置信號而導致電機失步。采用本技術后,可以避免無位置傳感器因檢測不到位置信號而導致的電機失步現象,提高了系統的穩定性。

聯系方式
 
 
 工作時間
周一至周五 :8:00-17:00
 聯系方式
于海騰:010-83971821
姜宇:010-83510840
周圍:010-61402950
大又大粗又爽又黄少妇毛片| 2021日产乱码精品APP安卓| 99精品热这里只有精品| 4D玉蒲团奶水都喷出来了| 波多野结衣乱码中文字幕| 少妇被粗大的猛烈进出视频| 伊人色综合久久天天人手人婷|