無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行理論和控制系統(tǒng)研究.pdf

1、無刷直流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)方便、運(yùn)行效率高和調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，隨著微處理器技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論，以及低成本、高磁能積永磁材料的發(fā)展，得到越來越廣泛的應(yīng)用。無刷直流電動(dòng)機(jī)采用無位置傳感器控制，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍擴(kuò)大，相對(duì)于有位置傳感器控制優(yōu)勢(shì)明顯。本論文圍繞無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控制進(jìn)行較為系統(tǒng)和深入的研究。 首先，論文從基本電磁定律出發(fā)，在分析無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，建立了無

2、刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，為分析無刷直流電動(dòng)機(jī)無位置傳感器控制奠定基礎(chǔ)。 其次，根據(jù)無刷直流電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)過零檢測(cè)原理，對(duì)反電勢(shì)過零檢測(cè)法的各種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行研究，比較各種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，指出它們的適用范圍。在此基礎(chǔ)上，給出帶通濾波法及其簡(jiǎn)化電路形式，提出使用帶通濾波器獲取反電勢(shì)三次諧波的方法。論文將直流電源負(fù)端電壓作為帶通濾波法和帶通濾波三次諧波法的參考電平。 論文對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)無位置傳感器控制中的關(guān)鍵問題-起動(dòng)方法進(jìn)行

3、研究，在詳細(xì)分析“三段式”起動(dòng)方法的實(shí)現(xiàn)過程的基礎(chǔ)上，給出了從外同步到自同步平穩(wěn)切換的條件。論文在研究無刷直流電動(dòng)機(jī)無位置傳感器控制換相方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的換相方法，提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。在帶通濾波三次諧波法中使用該換相方法，無需對(duì)三次諧波積分即可得到換相時(shí)刻。 濾波器是反電勢(shì)法中反電勢(shì)過零檢測(cè)電路的重要組成部分。論文在分析無刷直流電動(dòng)機(jī)端電壓信號(hào)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給出濾波電路的技術(shù)要求，根據(jù)濾波器基本設(shè)計(jì)原理

4、，分別對(duì)一階RC無源帶通濾波器和二階RC有源低通濾波器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果。這些為通過檢測(cè)反電勢(shì)過零點(diǎn)獲得可靠的換相信號(hào)創(chuàng)造了條件。 論文還分析了無刷直流電動(dòng)機(jī)無位置傳感器控制中產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差的原因，提出了相應(yīng)的校正方法。通過分析無刷直流電動(dòng)機(jī)的換相過程，建立了換相狀態(tài)的等效電路和數(shù)學(xué)模型，研究了轉(zhuǎn)子位置誤差引起的電動(dòng)機(jī)超前、滯后換相現(xiàn)象，及其由此產(chǎn)生的非導(dǎo)通相環(huán)流，在理論分析的基礎(chǔ)上，

5、進(jìn)行了仿真計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照分析。 功率器件的功率損耗分析在逆變器設(shè)計(jì)和提高控制系統(tǒng)的可靠性方面具有重要作用。論文構(gòu)建了由IGBT組成的簡(jiǎn)化逆變器模型，并進(jìn)行仿真研究。針對(duì)不同的開關(guān)頻率和柵極電阻，定量計(jì)算了IGBT開關(guān)過程中各階段的功率損耗，給出了變化規(guī)律，對(duì)逆變器的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。最后，論文研制了基于反電勢(shì)過零檢測(cè)法的無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由硬件和控制軟件兩部分組成。硬件部分包括主電源整流濾