無刷直流電動(dòng)機(jī)高性能驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、本文以無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方法為研究對(duì)象，以改善工作性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍為目的，以能夠在產(chǎn)品中直接應(yīng)用為目標(biāo)，從高速實(shí)現(xiàn)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制、最佳換相控制和無位置傳感器控制四個(gè)方向?qū)o刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方法進(jìn)行了研究。
　　高速實(shí)現(xiàn)方面，通過定性分析和定量計(jì)算，研究了有限的工作頻率對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響。結(jié)論表明在傳統(tǒng)三相 PWM控制方法中采用的開關(guān)頻率或在變母線電壓六拍控制方法中采用的軟件系統(tǒng)掃描頻率，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生滯后換

2、相的問題；并且隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，每一拍內(nèi)所包含的工作周期個(gè)數(shù)越來越少，由滯后換相而產(chǎn)生的電流波動(dòng)會(huì)使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行越來越差。為了給高速無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)提供參考，將滯后換相對(duì)繞組電流波動(dòng)的影響制作到一個(gè)表中，開關(guān)頻率或系統(tǒng)掃描頻率的值可以根據(jù)性能指標(biāo)通過查表比較選取。所提出結(jié)論的正確性在反作用飛輪調(diào)速系統(tǒng)和高速儲(chǔ)能飛輪充放電系統(tǒng)中進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方面，在詳細(xì)分析換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，提出了一種理論上

3、新型的“三區(qū)間調(diào)制法”。該方法通過三相繞組電壓的配合調(diào)制，使換相過程中關(guān)斷相電流的下降速度和導(dǎo)通相電流的上升速度在每個(gè) PWM周期內(nèi)保持相等，從原理上消除了換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；該方法還可以通過采用不同的區(qū)間比例組合，使換相過程的持續(xù)時(shí)間根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。所提出方法簡(jiǎn)單并能夠較大程度的改善電動(dòng)機(jī)性能，非常適合在實(shí)際產(chǎn)品中廣泛普及。針對(duì)如何具體實(shí)現(xiàn)三區(qū)間調(diào)制法的問題，提出了一種在全速段范圍內(nèi)以最短換相時(shí)間消減換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法和另外一種適

4、用于低速應(yīng)用的五段式實(shí)現(xiàn)三區(qū)間調(diào)制法的PWM調(diào)制方法。最終使用一臺(tái)通用無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)所提出方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，取得了良好的效果。
　　最佳換相控制方面，在分析了最佳換相點(diǎn)選取原則的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立了超前換相角和PWM占空比、母線電壓、負(fù)載電流的關(guān)系表達(dá)式；并提出一種在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下適用于變母線電壓六拍控制結(jié)構(gòu)的新型低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)超前換相控制方法。該方法通過在每?jī)膳闹g插入一小段緩沖區(qū)來實(shí)現(xiàn)，該緩沖區(qū)使下一拍將要切入的電

5、流提前切入，同時(shí)使當(dāng)前拍將要切出的電流延遲切出。通過確定緩沖區(qū)的起始位置，即超前換相角的大小，保證每一拍所對(duì)應(yīng)的相電流的中心和反電動(dòng)勢(shì)的中心重合，實(shí)現(xiàn)最佳換相；方法中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的減小通過選取緩沖區(qū)內(nèi)關(guān)斷相 PWM調(diào)制的占空比實(shí)現(xiàn)。所提出方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，只需根據(jù)額定負(fù)載大小將霍爾器件超前放置一個(gè)固定的角度即可在全速段實(shí)現(xiàn)最佳換相控制。最終通過風(fēng)扇電機(jī)驗(yàn)證了超前換相的必要性；通過通用無刷直流電動(dòng)機(jī)驗(yàn)證了所提出改進(jìn)型變母線電壓六拍控制方法的有效性

6、。
　　無位置傳感器控制方面，為了解決傳統(tǒng)Y型繞組連接無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控制方法由于受到中性點(diǎn)電壓的干擾，既不能在低轉(zhuǎn)速段準(zhǔn)確檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)信息，又不容易在高轉(zhuǎn)速段捕獲反電動(dòng)勢(shì)真實(shí)值的問題，將三相H橋結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高速無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控制中，使三相繞組中參與導(dǎo)通的兩相并聯(lián)進(jìn)行供電，同時(shí)使未導(dǎo)通相切出電路以進(jìn)行反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)。由于是繞組并聯(lián)，每一相利用全部母線電壓產(chǎn)生電流；由于未導(dǎo)通相完全切出電路，位置信