無(wú)刷直流方波電動(dòng)機(jī)的雙閉環(huán)控制

崔成吉　狄艷軍

摘要:介紹了一種由稀土永磁方波同步電動(dòng)機(jī)、IGBT逆變器及雙閉環(huán)控制電路構(gòu)成的新型無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、調(diào)速精度高、響應(yīng)快及調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)良勝能。

關(guān)鍵詞:調(diào)速系統(tǒng);逆變器;無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī); 雙閉環(huán)控制

中圖分類(lèi)號(hào):TM33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)08-0142-01

永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在機(jī)械和電力系統(tǒng)方面是一種很引人注目的電動(dòng)機(jī)。在普遍的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的計(jì)劃里,時(shí)間和空間的分布是按照磁力線的密度來(lái)考慮的,但是驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的曲線是相差120度的。巨大而細(xì)微的轉(zhuǎn)矩是度量無(wú)刷電動(dòng)機(jī)效率和低速執(zhí)行的重要準(zhǔn)則,它的直接效果就是在大轉(zhuǎn)矩和細(xì)微轉(zhuǎn)矩之間造成一種干擾。

方波電動(dòng)機(jī)來(lái)自于它的方波控制,主要在它的方波時(shí)空的磁通干擾中產(chǎn)生控制指令。因此方波永磁電動(dòng)機(jī)有很讓人羨慕的前景,特別在機(jī)器人和商業(yè)服務(wù)中得到廣泛重視。這都是在方波永磁電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的時(shí)候所不曾想過(guò)的。

1方波永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

方波永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由三個(gè)部分組成:轉(zhuǎn)換器,邏輯控制環(huán)節(jié)(包括速度調(diào)節(jié)器,時(shí)間調(diào)節(jié)器,和能量邏輯轉(zhuǎn)換控制單元),詳述如下:

1.1方波永磁電動(dòng)機(jī)

帶有雙結(jié)構(gòu)方波永磁電動(dòng)機(jī)是由六個(gè)小結(jié)構(gòu)組成的。電機(jī)額定電流和機(jī)械數(shù)據(jù)是:200v額定電壓 ,18A的額定電流,3.0k的額定功率,1500轉(zhuǎn)每秒的額定轉(zhuǎn)速,0.0388kg/cm2。

1.2IGBT 變換器

一個(gè)變換器對(duì)頻率/電壓的三個(gè)階段的組成適應(yīng)IGBT 變換器的選擇是非常重要的,其結(jié)果是他們中和了各種高介的性能。變換器被六個(gè)IGBT支配著,沒(méi)個(gè)包括60A的IGBT和一個(gè)反饋信號(hào)。

1.3能量轉(zhuǎn)換控制邏輯

位置反饋信號(hào)被用于同時(shí)發(fā)生的相位變化的檢測(cè)。為了這樣做,三個(gè)位置反饋信號(hào),來(lái)源于PT,他們是在PSP環(huán)節(jié)被加工的,他們也受六個(gè)控制邏輯信號(hào)的控制來(lái)開(kāi)/關(guān)IGBT、在IGBT變換器里。在BLDCM的控制分布里有兩個(gè)IGBT工作在PWM的模式里,并且兩個(gè)IGBT應(yīng)該依靠于這樣的邏輯控制信號(hào)。雖然直流能量的頻率被變換器的供給,依據(jù)這樣的關(guān)系為IGBT提供信號(hào)的PWM信號(hào)是來(lái)源于三角波和觸發(fā)控制信號(hào)Ui越大,U也就越大,所以BLDCM的速度也就越大。

1.4電流控制

當(dāng)前的環(huán)節(jié)可以在執(zhí)行器中得到很好的應(yīng)用。一般的來(lái)說(shuō)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要最后的兩個(gè)環(huán)節(jié),所以當(dāng)前的控制結(jié)構(gòu)更多的應(yīng)用并且完成于交流驅(qū)動(dòng)中以便于簡(jiǎn)單的控制結(jié)構(gòu)。如果BLDCM工作于聯(lián)合單元里,僅僅的兩個(gè)階段就可以分析出在任何情況下的環(huán)節(jié)。其中的一個(gè)階段已經(jīng)到交流系統(tǒng)的連接,輸入和輸出就是開(kāi)/關(guān)的決定的展示,IGBT的T1,T2和T3在變換器里。在 BLDCM 中, 恒定轉(zhuǎn)矩主要是由基波磁鏈和基波電流相互作用后產(chǎn)生的, 更高次的同次諧波間產(chǎn)生的恒定轉(zhuǎn)矩可以忽略不計(jì), 不同次諧波磁鏈和電流間不產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。但在實(shí)際電機(jī)中, 輸入定子繞組的電流不可能是矩形波, 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電感限制了電流的變化率。反電動(dòng)勢(shì)與理想波形的偏差越大, 引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越大。

1.5速度控制

速度控制的動(dòng)力系統(tǒng)是由SR,PEE, SSP 和其他環(huán)節(jié)組成的。PEE,來(lái)自于每秒5000的旋轉(zhuǎn),它被用于速度的檢測(cè)。變結(jié)構(gòu)控制由于具有響應(yīng)速度快、對(duì)控制對(duì)象參數(shù)變化及外部擾動(dòng)不靈敏、物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),BLDCM 位置伺服方式下的運(yùn)行大都采用變結(jié)構(gòu)控制。變結(jié)構(gòu)控制的開(kāi)關(guān)模式即可由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)導(dǎo)出, 也可根據(jù)系統(tǒng)的最大速度、最大加速度等系統(tǒng)參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì), 都會(huì)使系統(tǒng)的位置控制達(dá)到較好的效果。吳忠等分析了BLDCM交流伺服系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)模型, 利用時(shí)間最優(yōu)控制的思想, 設(shè)計(jì)了變結(jié)構(gòu)控制器, 并給出了開(kāi)關(guān)模式。他們把其理論應(yīng)用于由IGBT-PWM逆變器、115ST-CMG02A 型無(wú)刷直流伺服電機(jī)、80C196KB單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制器以及接口電路組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng), 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在3600°給定下, 系統(tǒng)的定位精度較高。

2結(jié)論

此篇論文描述了操作原理和一種新型高等操作的方波永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的硬件結(jié)構(gòu),主要結(jié)論如下:①永磁方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用在小轉(zhuǎn)矩和高速操作時(shí)是種良好的選擇。②永磁方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方案類(lèi)似于交流電動(dòng)機(jī)的情況。

參考文獻(xiàn):

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[2] 朱真良.現(xiàn)代直流調(diào)速系統(tǒng)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué),1994.