交流伺服用無刷直流電動機死區(qū)的研究

交流伺服用無刷直流電動機死區(qū)的研究

0約束作用機理的應用在通信導向系統(tǒng)中，現(xiàn)在廣泛應用了無刷直流動機（nbcmor.以下簡稱nbcm）和三相同步永平電機（pmss）。然而，對于3dcm低速段的非線性、波動范圍的調(diào)整和起伏波輸出的影響，以及不規(guī)則分布規(guī)律對3dcm的函數(shù)關系，顯著限制了3dcm在高性能速度和位置管理系統(tǒng)中的應用。在本文中，以三相非橋接電法的nbcm為例，研究了無刷直流動機的死區(qū)不規(guī)則減少方法。1無刷機穩(wěn)定特性的機械性能和調(diào)整特性的數(shù)學模型1.1電源本身的影響1)轉子永磁體產(chǎn)生的磁場在氣隙中沿圓周按正弦分布;忽略電源本身的影響.2)忽略電樞繞組電感,電樞電流可以突變.3)忽略過渡導通狀態(tài)與開關動作的過渡過程,假定每相電流瞬時產(chǎn)生和切除.1.2brcm調(diào)節(jié)特性的初始電壓BDCM中A相繞組的電壓平衡方程式:Ua=ea+iaRa+△UT(1)ea=EMsinωt=2πfWAΦ=2πpn60WAΦea=EΜsinωt=2πfWAΦ=2πpn60WAΦBDCM機械特性方程式:n=11.55(U?△UT)pWAΦ?13.96RapWAΦ?T(2)n=11.55(U-△UΤ)pWAΦ-13.96RapWAΦ?Τ(2)BDCM調(diào)節(jié)特性的始動電壓Ua0:Ua0=pWAΦRa11.55?T+△UT(3)Ua0=pWAΦRa11.55?Τ+△UΤ(3)式中:ea相繞組感應電勢,p為極對數(shù),WA相電樞繞組的匝數(shù),Ф每極磁通量,Ra電樞繞組相電阻,T電磁轉矩,ΔUT晶體管管壓降,正常運行時p、WA、Ф、Ra為常數(shù).由(2)、(3)式可以得出管壓降ΔUT是制約BDCM低速性能、增大BDCM調(diào)節(jié)特性初始電壓——調(diào)節(jié)特性的死區(qū)的主要因素,因此如何降低ΔUT的影響顯得十分重要.2補償、壓力降低策略2.1u3000結語1)全橋直—直升降壓換流器的特點全橋直—直升降壓換流器與其它三種常用換流器——降壓換流器、升壓換流器和丘克換流器相比較,具有平均輸出電壓和電流都可單獨反極性和方向,能方便的運行在電壓電流平面的四個象限內(nèi),適合BDCM正反轉運行.選擇全橋直—直升降壓換流器工作在連續(xù)工作方式和升壓方式,滿足補償晶體管管壓降的要求.2)全橋直—直升降壓換流器的接入方式具有Buck/Boost補償?shù)腂DCM控制線路如圖1,圖1(a)圖中的1是換流器,2為電流加速電路.升壓換流器由固定頻率控制器控制,改進后的BDCM原理框圖如圖1(b)所示.3)全橋直—直升降壓換流器與頻率控制器的工作方式全橋直—直升降壓換流器的輸出電壓U0U0=U/(1-D)(4)補償電壓ΔUΔU=U0-U=U·D/(1-D)(5)式中D為占空比.當D一定時,全橋直—直升降壓換流器的產(chǎn)生的補償電壓ΔU與U的大小直接相關,即補償電壓與U成正比.經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),當換流器采用固定頻率控制器控制時,必須選定BDCM額定工況下的管壓降ΔUT作為補償條件,即D=ΔUT/(U+ΔUT),否則,很可能出現(xiàn)ΔU遠大于管壓降ΔUT的現(xiàn)象.補償程度隨負載的下降而減小,接近額定負載時,補償效果比較令人滿意;輕負載時,補償效果一般.其中,頻率控制器采用555諧振電路,改變外電路的電阻,即可以改變占空比D,諧振電路輸出波形的高低電平控制全橋直—直升降壓換流器開關的通斷.555電路的輸出頻率較高,有利于抑制電樞繞組中的諧波.這種方式結構簡單,控制方便.因此,鑒于換流器的占空比D是一個變化量,頻率控制器的輸出頻率由輸入電壓U或管壓降來控制,即采樣輸入電壓或者管壓降間接控制占空比D,才能有效的實時補償ΔUT.由MATLAB仿真以及實驗證明了這一點,如圖2(b)所示.圖中所有曲線對應的負載轉矩不變,其中·為實驗數(shù)據(jù),實線為MATLAB仿真結果.4)電流加速電路事實上,電機線圈繞組存在電感,電樞電流不可能突變,但利用電流加速電路可以減少電機線圈繞組電流上升的時間.BDCM電流為矩形波時,電流波的斜率(換相角)等于零.換相角角度越大,紋波轉矩幅值越大,直接影響B(tài)DCM的輸出轉矩.電流加速電路主要是平衡電樞繞組的電抗,使電樞回路顯阻性.它可以采用LC并聯(lián)電路,也可以利用電流反饋電路來實現(xiàn).2.2電樞變換電路電壓跟隨器實時反映晶體管管壓降,如果直接反饋到輸入端,電樞線圈繞組有電流流過時,繞組端電壓等于U,管壓降被完全補償.但是,晶體管截止時,管壓降等于U,其它電樞繞組沒有電壓流過,這種現(xiàn)象絕對不允許出現(xiàn).采用圖3所示的電路(圖中以A相電樞繞組為例,其它兩相繞組接法相似),放大器放大倍數(shù)A=(UCE+UC1E1)/UCE,Uf=UCE+UC1E1,恰好補償兩組晶體管管壓降,電樞繞組端電壓等于U.晶體管TA1與TA由位置傳感器提供同一脈沖同時觸發(fā),則能實現(xiàn)實時補償管壓降.實驗與仿真結果如圖4所示.其中,·為實驗數(shù)據(jù),實線為MATLAB仿真結果,