环形绕组无刷直流电机的四象限运行分析
发布时间：2021-10-13 02:30
环形绕组无刷直流（CWBLDC）电机的结构与有刷直流电机相似,定子绕组环形连接,用可控开关替代换向器,转子为永磁体磁极。由于其结构的特殊性,传统永磁电机的驱动控制方法不适用于CWBLDC电机。该文结合CWBLDC电机的结构特点,详细分析CWBLDC电机四象限控制原理。首先介绍CWBLDC电机系统;然后分析其正转电动和反转电动的时序控制方法,并分析电机的制动过程及制动电流可控的原理;最后对分析过程进行仿真,并搭建了实验平台进行实验。仿真和实验结果表明,该文对CWBLDC电机的电动运行分析正确,制动方式有效,能实现CWBLDC电机的四象限运行。
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(18)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
CWBLDC电机结构示意图
图1 CWBLDC电机结构示意图目前应用较广的永磁电机主要有永磁同步电机和永磁无刷直流电机，这两种电机的绕组多采用三相或者多三相星形联结的方式，控制的基本原理和控制策略较为成熟。正弦供电的三相永磁同步电机在电压空间矢量控制技术的基础上，发展了矢量控制、直接转矩控制[7-8]、滑模变结构控制[9-10]、自适应控制[11-12]等多种控制方法。方波供电的三相永磁无刷直流电机多采用二二导通或三三导通的六步电流换向法，根据霍尔传感器的位置信号，控制绕组电流[13-16]。
CWBLDC电机系统包括电机本体、调压电路、换向电路以及控制电路，其控制系统框图如图3所示。转速环通过PI调节得到调压电路的输出电压，换向电路的开关器件根据开关时序表来导通和关断不同相电流，实现CWBLDC电机的四象限控制。调压电路，包括斩波电路、升压电路和制动耗能电路三部分，如图4所示。图中，S1和Spre为继电器开关，Rpre为预充电电阻，C1为电源支撑电容。其中，S1为电路电源总开关，Spre为电容预充电控制开关。在电路上电过程中，Spre断开，通过电阻Rpre限制C1的充电电流，当C1的电压达到阈值之后，Spre闭合，电阻Rpre被短路；可控功率开关SH、二极管VDL、滤波电感L1和滤波电容C2组成斩波电路，调节电机的母线输入电压；可控功率开关SL、二极管VDH和滤波电感L1组成升压电路，在电机制动过程中调节制动电流和制动速度；可控功率开关Sbrk和电阻Rbrk构成耗能电路，在C1放电或者电机制动的过程中，闭合开关Sbrk，通过电阻Rbrk消耗电容C1存储的能量或者电机的机械能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于新型滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制系统[J]. 张立伟,李行,宋佩佩,张鹏,云蓝斯. 电工技术学报. 2019(S1)
[2]基于双滑模的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 潘峰,闫庚龙,苑伟华,秦国锋,虞嫣然. 电工技术学报. 2018(S2)
[3]基于霍尔位置信号的无刷直流电机直接转矩控制[J]. 张兰红,唐慧雨,何坚强. 电机与控制学报. 2018(09)
[4]环形绕组无刷直流电机负载换向的解析模型[J]. 林黄达,王东,程思为,贾喆武. 电工技术学报. 2017(09)
[5]基于模型预测控制策略的电动车用无刷直流电机回馈制动的研究[J]. 王晓远,傅涛. 电工技术学报. 2017(09)
[6]一种电动车用无刷直流电机混合回馈制动控制方法[J]. 宋哲,王友仁,鲁世红,王强. 电工技术学报. 2016(06)
[7]PWM调制方案对无刷直流电机电动汽车再生ABS的影响[J]. 赵国柱,韩英,魏民祥,李玉芳. 重庆大学学报. 2014(02)
[8]永磁无刷直流电机及其控制[J]. 夏长亮,方红伟. 电工技术学报. 2012(03)
[9]一种永磁无刷直流电动舵机四象限控制[J]. 谭博,马瑞卿,刘卫国. 电工技术学报. 2011(09)
[10]永磁同步电机的自适应逆控制[J]. 耿洁,陈振,刘向东,赖志林. 电工技术学报. 2011(06)
本文编号：3433784
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(18)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
CWBLDC电机结构示意图
图1 CWBLDC电机结构示意图目前应用较广的永磁电机主要有永磁同步电机和永磁无刷直流电机，这两种电机的绕组多采用三相或者多三相星形联结的方式，控制的基本原理和控制策略较为成熟。正弦供电的三相永磁同步电机在电压空间矢量控制技术的基础上，发展了矢量控制、直接转矩控制[7-8]、滑模变结构控制[9-10]、自适应控制[11-12]等多种控制方法。方波供电的三相永磁无刷直流电机多采用二二导通或三三导通的六步电流换向法，根据霍尔传感器的位置信号，控制绕组电流[13-16]。
CWBLDC电机系统包括电机本体、调压电路、换向电路以及控制电路，其控制系统框图如图3所示。转速环通过PI调节得到调压电路的输出电压，换向电路的开关器件根据开关时序表来导通和关断不同相电流，实现CWBLDC电机的四象限控制。调压电路，包括斩波电路、升压电路和制动耗能电路三部分，如图4所示。图中，S1和Spre为继电器开关，Rpre为预充电电阻，C1为电源支撑电容。其中，S1为电路电源总开关，Spre为电容预充电控制开关。在电路上电过程中，Spre断开，通过电阻Rpre限制C1的充电电流，当C1的电压达到阈值之后，Spre闭合，电阻Rpre被短路；可控功率开关SH、二极管VDL、滤波电感L1和滤波电容C2组成斩波电路，调节电机的母线输入电压；可控功率开关SL、二极管VDH和滤波电感L1组成升压电路，在电机制动过程中调节制动电流和制动速度；可控功率开关Sbrk和电阻Rbrk构成耗能电路，在C1放电或者电机制动的过程中，闭合开关Sbrk，通过电阻Rbrk消耗电容C1存储的能量或者电机的机械能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于新型滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制系统[J]. 张立伟,李行,宋佩佩,张鹏,云蓝斯. 电工技术学报. 2019(S1)
[2]基于双滑模的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 潘峰,闫庚龙,苑伟华,秦国锋,虞嫣然. 电工技术学报. 2018(S2)
[3]基于霍尔位置信号的无刷直流电机直接转矩控制[J]. 张兰红,唐慧雨,何坚强. 电机与控制学报. 2018(09)
[4]环形绕组无刷直流电机负载换向的解析模型[J]. 林黄达,王东,程思为,贾喆武. 电工技术学报. 2017(09)
[5]基于模型预测控制策略的电动车用无刷直流电机回馈制动的研究[J]. 王晓远,傅涛. 电工技术学报. 2017(09)
[6]一种电动车用无刷直流电机混合回馈制动控制方法[J]. 宋哲,王友仁,鲁世红,王强. 电工技术学报. 2016(06)
[7]PWM调制方案对无刷直流电机电动汽车再生ABS的影响[J]. 赵国柱,韩英,魏民祥,李玉芳. 重庆大学学报. 2014(02)
[8]永磁无刷直流电机及其控制[J]. 夏长亮,方红伟. 电工技术学报. 2012(03)
[9]一种永磁无刷直流电动舵机四象限控制[J]. 谭博,马瑞卿,刘卫国. 电工技术学报. 2011(09)
[10]永磁同步电机的自适应逆控制[J]. 耿洁,陈振,刘向东,赖志林. 电工技术学报. 2011(06)
本文编号：3433784
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