无刷直流电机改进型SEPIC电路研究
发布时间：2019-07-18 05:47
【摘要】：无刷直流电机在换相过程中产生的转矩脉动,已严重阻碍其在航空、航天等尖端领域的广泛应用。通过研究无刷直流电机在换相过程中产生转矩脉动的成因,提出了一种改进的无刷直流电机驱动系统电能变换器拓扑结构,该拓扑结构在传统单端初级电感变换器的基础上嵌入一个电容与二极管的并联电路,有效提高了输出电压,减小了开关电压应力。同时在系统非换相运行过程中根据变化的速度调整电压,以达到直流侧输出电压与反电动势成正比的目的,从而抑制换相转矩脉动。实验结果表明,该电能变换器拓扑结构能有效应用于无刷直流电机驱动系统,电机在不同速度阶段换相转矩脉动都得到明显抑制。
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图片说明： 用了脉冲幅值调制方式调节逡逑电压。指出了若在换相期间升高直流母线电压，相电流逡逑将会保持为一个常数，转矩脉动也即被抑制。逡逑本文设计了一种改进型单端初级电感变换器逡逑（ｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｅｄ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｉｎｄｕｃｔｏｒ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，邋ＳＥＰＩＣ）拓扑结逡逑构，并应用于无刷直流电机前级驱动电路。提出了一种逡逑通过在非换相时刻合理调整电压，在换相接入时，使逆变逡逑桥获得理想直流母线电压的控制策略。逡逑１无刷直流电机换相转矩脉动分析逡逑１．１无刷直流电机数学模型逡逑图１所示为无刷直流电机驱动系统结构框图》逡逑图１无刷直流电机驱动系统框图逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＢＬＤＣ邋ｍｏｔｏｒ邋ｄｒｉｖｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑假设电路处于理想工作状态，磁路不饱和和三相绕逡逑组完全对称，且忽略涡流和磁滞损耗等因数，则三相绕组逡逑电压平衡方程［７］如下：逡逑－（逡逑－Ｒ逡逑０逡逑0■逡逑ｄ逡逑NB＿逡逑￣Ｌ逡逑０逡逑0■逡逑ｕｂ逡逑＝逡逑０逡逑Ｒ逡逑０逡逑ｈ逡逑＋邋ｄ７逡逑ｈ，逡逑？逡逑０逡逑Ｌ逡逑０逡逑－ｕｃ－逡逑－０逡逑０逡逑Ｒ－逡逑－Ｋ－逡逑－Ｋ－逡逑－０逡逑０逡逑Ｌ－逡逑＇ｅａ￣逡逑＿邋Ｖ逡逑ｅｂ逡逑＋逡逑以０逡逑－ｅｃ￣逡逑Ｌ邋Ｕ0」逡逑式中：为电机三相绕组端电压NBNBNB为三相逡逑定子电流，ｉ为定子各相绕组等效电感，＾分别为逡逑定子各相绕组反电动势，ｕ。为中性点电压，／？为三相定子逡逑绕组阻值，又因定子三相绕组对称分布，相电流平衡。故逡逑电机电磁转矩可表不为：逡逑Ｔ邋ｅＪ．邋＋邋？ｂｈ邋＋邋ｅｃｉｃ逦⑵逡逑０）逡逑式中：ｗ为无刷直
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图片说明： ａ￣逡逑＿邋Ｖ逡逑ｅｂ逡逑＋逡逑以０逡逑－ｅｃ￣逡逑Ｌ邋Ｕ0」逡逑式中：为电机三相绕组端电压NBNBNB为三相逡逑定子电流，ｉ为定子各相绕组等效电感，＾分别为逡逑定子各相绕组反电动势，ｕ。为中性点电压，／？为三相定子逡逑绕组阻值，又因定子三相绕组对称分布，相电流平衡。故逡逑电机电磁转矩可表不为：逡逑Ｔ邋ｅＪ．邋＋邋？ｂｈ邋＋邋ｅｃｉｃ逦⑵逡逑０）逡逑式中：ｗ为无刷直流电机角速度。逡逑１．２转矩脉动产生的原因逡逑在理想情况下，无刷直流电机的反电动势呈梯形分逡逑布，如图２所示。反电动势幅值为￡？。电机中的各种非逡逑线性结构会破坏理想的矩形线电流波形从而导致转矩逡逑脉动，同时定子绕组电感值不能忽略，，线电流无法在较逡逑短时间内突变，因此很难得到恒定转矩。为了保持换逡逑相期间转矩恒定，换相电流的上升速率和下降速率应逡逑保持相同。逡逑图２无刷直流电机反电动势波形逡逑Ｆｉｇ．邋２邋Ｂａｃｋ邋ＥＭＦ邋ｗａｖｅｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ＢＬＤＣ邋ｍｏｔｏｒ逡逑由于定子相绕组的电感不为0，实际的相电流不可逡逑能为理想的矩形波，它是一个具有上升和下降过程的梯逡逑形波，而换相电流上升和下降的斜率对转矩有直接的影逡逑响。下面以Ａ相到Ｂ相的换相过程来分析换相转矩脉逡逑动产生的原因。在换相前ＭＯＳ管Ｔ１和Ｔ２为闭合状态，逡逑如图３所示，此时导通相为Ａ、Ｃ相。开始换相时，ＭＯＳ逡逑管Ｔ１关闭，二极管Ｄ４导通续流如图４所示，与此同时向逡逑电感储存能量，当ＭＯＳ管Ｔ２和Ｔ３导通时，二极管不再逡逑续流，此时电流流经Ｂ、Ｃ相，换相过程结束如图５所示。逡逑由于换相过程较短，因此电流可以近似认为大小不变，即逡逑在换相初始时刻ｋ邋＝邋0NB邋＝邋
【作者单位】： 中南林业科技大学计算机与信息工程学院;
【基金】：湖南省科技计划(2016WK2023) 湖南省科技厅重点(2013XK4003)项目资助
【分类号】：TM33
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图片说明： 用了脉冲幅值调制方式调节逡逑电压。指出了若在换相期间升高直流母线电压，相电流逡逑将会保持为一个常数，转矩脉动也即被抑制。逡逑本文设计了一种改进型单端初级电感变换器逡逑（ｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｅｄ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｉｎｄｕｃｔｏｒ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，邋ＳＥＰＩＣ）拓扑结逡逑构，并应用于无刷直流电机前级驱动电路。提出了一种逡逑通过在非换相时刻合理调整电压，在换相接入时，使逆变逡逑桥获得理想直流母线电压的控制策略。逡逑１无刷直流电机换相转矩脉动分析逡逑１．１无刷直流电机数学模型逡逑图１所示为无刷直流电机驱动系统结构框图》逡逑图１无刷直流电机驱动系统框图逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＢＬＤＣ邋ｍｏｔｏｒ邋ｄｒｉｖｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑假设电路处于理想工作状态，磁路不饱和和三相绕逡逑组完全对称，且忽略涡流和磁滞损耗等因数，则三相绕组逡逑电压平衡方程［７］如下：逡逑－（逡逑－Ｒ逡逑０逡逑0■逡逑ｄ逡逑NB＿逡逑￣Ｌ逡逑０逡逑0■逡逑ｕｂ逡逑＝逡逑０逡逑Ｒ逡逑０逡逑ｈ逡逑＋邋ｄ７逡逑ｈ，逡逑？逡逑０逡逑Ｌ逡逑０逡逑－ｕｃ－逡逑－０逡逑０逡逑Ｒ－逡逑－Ｋ－逡逑－Ｋ－逡逑－０逡逑０逡逑Ｌ－逡逑＇ｅａ￣逡逑＿邋Ｖ逡逑ｅｂ逡逑＋逡逑以０逡逑－ｅｃ￣逡逑Ｌ邋Ｕ0」逡逑式中：为电机三相绕组端电压NBNBNB为三相逡逑定子电流，ｉ为定子各相绕组等效电感，＾分别为逡逑定子各相绕组反电动势，ｕ。为中性点电压，／？为三相定子逡逑绕组阻值，又因定子三相绕组对称分布，相电流平衡。故逡逑电机电磁转矩可表不为：逡逑Ｔ邋ｅＪ．邋＋邋？ｂｈ邋＋邋ｅｃｉｃ逦⑵逡逑０）逡逑式中：ｗ为无刷直
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图片说明： ａ￣逡逑＿邋Ｖ逡逑ｅｂ逡逑＋逡逑以０逡逑－ｅｃ￣逡逑Ｌ邋Ｕ0」逡逑式中：为电机三相绕组端电压NBNBNB为三相逡逑定子电流，ｉ为定子各相绕组等效电感，＾分别为逡逑定子各相绕组反电动势，ｕ。为中性点电压，／？为三相定子逡逑绕组阻值，又因定子三相绕组对称分布，相电流平衡。故逡逑电机电磁转矩可表不为：逡逑Ｔ邋ｅＪ．邋＋邋？ｂｈ邋＋邋ｅｃｉｃ逦⑵逡逑０）逡逑式中：ｗ为无刷直流电机角速度。逡逑１．２转矩脉动产生的原因逡逑在理想情况下，无刷直流电机的反电动势呈梯形分逡逑布，如图２所示。反电动势幅值为￡？。电机中的各种非逡逑线性结构会破坏理想的矩形线电流波形从而导致转矩逡逑脉动，同时定子绕组电感值不能忽略，，线电流无法在较逡逑短时间内突变，因此很难得到恒定转矩。为了保持换逡逑相期间转矩恒定，换相电流的上升速率和下降速率应逡逑保持相同。逡逑图２无刷直流电机反电动势波形逡逑Ｆｉｇ．邋２邋Ｂａｃｋ邋ＥＭＦ邋ｗａｖｅｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ＢＬＤＣ邋ｍｏｔｏｒ逡逑由于定子相绕组的电感不为0，实际的相电流不可逡逑能为理想的矩形波，它是一个具有上升和下降过程的梯逡逑形波，而换相电流上升和下降的斜率对转矩有直接的影逡逑响。下面以Ａ相到Ｂ相的换相过程来分析换相转矩脉逡逑动产生的原因。在换相前ＭＯＳ管Ｔ１和Ｔ２为闭合状态，逡逑如图３所示，此时导通相为Ａ、Ｃ相。开始换相时，ＭＯＳ逡逑管Ｔ１关闭，二极管Ｄ４导通续流如图４所示，与此同时向逡逑电感储存能量，当ＭＯＳ管Ｔ２和Ｔ３导通时，二极管不再逡逑续流，此时电流流经Ｂ、Ｃ相，换相过程结束如图５所示。逡逑由于换相过程较短，因此电流可以近似认为大小不变，即逡逑在换相初始时刻ｋ邋＝邋0NB邋＝邋
【作者单位】： 中南林业科技大学计算机与信息工程学院;
【基金】：湖南省科技计划(2016WK2023) 湖南省科技厅重点(2013XK4003)项目资助
【分类号】：TM33
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本文编号：2515672
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