無刷直流電動機高性能驅(qū)動控制技術(shù)研究.pdf

1、本文以無刷直流電動機驅(qū)動控制方法為研究對象，以改善工作性能和擴大應(yīng)用范圍為目的，以能夠在產(chǎn)品中直接應(yīng)用為目標，從高速實現(xiàn)、轉(zhuǎn)矩脈動抑制、最佳換相控制和無位置傳感器控制四個方向?qū)o刷直流電動機驅(qū)動控制方法進行了研究。
　　高速實現(xiàn)方面，通過定性分析和定量計算，研究了有限的工作頻率對無刷直流電動機運行的影響。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，對電動機的運行會產(chǎn)生滯后換

2、相的問題；并且隨著電動機轉(zhuǎn)速的提高，每一拍內(nèi)所包含的工作周期個數(shù)越來越少，由滯后換相而產(chǎn)生的電流波動會使電動機的運行越來越差。為了給高速無刷直流電動機驅(qū)動器的設(shè)計提供參考，將滯后換相對繞組電流波動的影響制作到一個表中，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)和高速儲能飛輪充放電系統(tǒng)中進行了驗證。
　　轉(zhuǎn)矩脈動抑制方面，在詳細分析換相轉(zhuǎn)矩脈動產(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 PWM周期內(nèi)保持相等，從原理上消除了換相轉(zhuǎn)矩脈動；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)時間根據(jù)實際應(yīng)用要求進行調(diào)節(jié)。所提出方法簡單并能夠較大程度的改善電動機性能，非常適合在實際產(chǎn)品中廣泛普及。針對如何具體實現(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)以最短換相時間消減換相轉(zhuǎn)矩脈動的方法和另外一種適

4、用于低速應(yīng)用的五段式實現(xiàn)三區(qū)間調(diào)制法的PWM調(diào)制方法。最終使用一臺通用無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)對所提出方法進行了實驗驗證，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選取原則的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學推導(dǎo)建立了超前換相角和PWM占空比、母線電壓、負載電流的關(guān)系表達式；并提出一種在恒轉(zhuǎn)矩負載下適用于變母線電壓六拍控制結(jié)構(gòu)的新型低轉(zhuǎn)矩波動超前換相控制方法。該方法通過在每兩拍之間插入一小段緩沖區(qū)來實現(xiàn)，該緩沖區(qū)使下一拍將要切入的電

5、流提前切入，同時使當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，保證每一拍所對應(yīng)的相電流的中心和反電動勢的中心重合，實現(xiàn)最佳換相；方法中轉(zhuǎn)矩脈動的減小通過選取緩沖區(qū)內(nèi)關(guān)斷相 PWM調(diào)制的占空比實現(xiàn)。所提出方法實現(xiàn)簡單，只需根據(jù)額定負載大小將霍爾器件超前放置一個固定的角度即可在全速段實現(xiàn)最佳換相控制。最終通過風扇電機驗證了超前換相的必要性；通過通用無刷直流電動機驗證了所提出改進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機的無位置傳感器控制方法由于受到中性點電壓的干擾，既不能在低轉(zhuǎn)速段準確檢測到反電動勢過零點信息，又不容易在高轉(zhuǎn)速段捕獲反電動勢真實值的問題，將三相H橋結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高速無刷直流電動機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)進行供電，同時使未導(dǎo)通相切出電路以進行反電動勢過零點檢測。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