基于改進(jìn)型驅(qū)動策略的永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動技術(shù)研究.pdf

1、永磁無刷直流電機(jī)具有功率密度大、轉(zhuǎn)矩/電流比大、控制簡單、效率高、結(jié)構(gòu)簡單可靠等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有的無刷直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電流和轉(zhuǎn)矩脈動較大、控制效果較差，從而影響了其在高性能傳動領(lǐng)域的應(yīng)用，因此有必要對現(xiàn)有的驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
　　傳統(tǒng)的永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)采用電壓型逆變器(VSI)供電。本文首先分析了采用逆變器PWM斬波驅(qū)動策略時(shí)，無刷直流電機(jī)的運(yùn)行特性。在兩相持續(xù)導(dǎo)通區(qū)間，永磁無刷直流電機(jī)

2、驅(qū)動系統(tǒng)通常采用PWM斬波方案進(jìn)行調(diào)速。由于等效電感較小，且受制于功率管的開關(guān)頻率，定子電流在傳導(dǎo)區(qū)存在較大的高頻電流脈動。此脈動增加了轉(zhuǎn)子損耗、降低了電機(jī)工作效率、嚴(yán)重時(shí)還會增加永磁體退磁的風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，在換向期間，關(guān)斷相和開通相電流變化率不相等會造成非換向相電流會產(chǎn)生跌落，從而形成換向轉(zhuǎn)矩脈動。換向轉(zhuǎn)矩脈動較大且為低頻脈動，會對系統(tǒng)的控制精度造成嚴(yán)重影響。
　　本文通過分析指出，抑制傳導(dǎo)區(qū)高頻脈動和換向脈動的關(guān)鍵在于相電流變

3、化率的控制，而相電流變化率決定于所施加的電壓空間矢量的幅值。從這個(gè)角度入手，本文指出，拓展電壓空間矢量的幅值是解決上述問題的關(guān)鍵。通過進(jìn)一步分析指出，利用該思想不但可以有效抑制上述兩種脈動，還能夠獲得更快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，可謂全面提升了驅(qū)動系統(tǒng)的性能。本文在該思想的基礎(chǔ)上提出了一種新型電壓切換型驅(qū)動策略(VSC)。其中包括，設(shè)計(jì)了一種升降壓型多路輸出DC-DC變換器(MOC)。該變換器能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)升壓和降壓，將其與VSI級聯(lián)作為新型的供電拓

4、撲，前級MOC實(shí)現(xiàn)電壓切換，后級VSI實(shí)現(xiàn)自然換向。為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)電流控制，本文采用了一種內(nèi)外雙環(huán)寬電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器，并定制了最優(yōu)電壓選擇表，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)控制。采用本文所提出的VSC方案后，穩(wěn)態(tài)傳導(dǎo)區(qū)內(nèi)，調(diào)節(jié)器將根據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速自動選擇與線反電動勢值最為接近的兩個(gè)電壓值交替作用于VSI，以獲取相對最小的傳導(dǎo)區(qū)脈動；換向期間，驅(qū)動系統(tǒng)會自動選擇一個(gè)較高的電壓值作用逆變器母線，加快開通相電流上升率使之與關(guān)斷相電流變換率相匹配，從而消除換向脈動；本系統(tǒng)

5、還具備一個(gè)額外的優(yōu)勢，階躍轉(zhuǎn)矩響應(yīng)期間，調(diào)節(jié)器會自動選擇高壓矢量/零矢量來加快轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度；除上述三點(diǎn)之外，本文所提出的新型驅(qū)動方案還能帶來另外一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)，即可以利用前級MOC為控制器、散熱風(fēng)扇、以及其他輔助設(shè)備供電，從而省去了額外的輔助電源，簡化了系統(tǒng)。綜上所述可以看出，本文所提出的VSC驅(qū)動方案可以從多方面改進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的性能。
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，本文在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下搭建了驅(qū)動系統(tǒng)的仿真模型，對傳統(tǒng)