無(wú)刷直流伺服電機(jī)四象限運(yùn)行分析

1、?第43卷第12期?2009年12月上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYVol.43No.12?Dec.2009?收稿日期:2009?03?25基金項(xiàng)目:上海市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(08zr1408600)上海市教委重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目(J51901)作者簡(jiǎn)介:劉?軍(1965?)男寧夏銀川人博士生副教授研究方向:電機(jī)智能控制.俞金壽(聯(lián)系人)男教授博士生導(dǎo)師電話(Tel.):021?642

2、53399E?mail:jshyu@vip.sina.com.??文章編號(hào):1006?2467(2009)12?1910?06無(wú)刷直流伺服電機(jī)四象限運(yùn)行分析劉?軍12?李金飛3?俞金壽1(1.華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院上海2002372.上海電機(jī)學(xué)院電氣學(xué)院上海2002403.南京航空航天大學(xué)航空電源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江蘇南京210016)摘?要:針對(duì)燃料電池供電的無(wú)刷直流伺服電機(jī)研究了一種用來(lái)釋放多余回饋能量的電壓泵升電路分析了無(wú)刷直流電

3、動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型與機(jī)械特性以及伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的控制策略.其中電動(dòng)采用三相六狀態(tài)控制方法制動(dòng)采用控制性能較好的低速能量回饋制動(dòng)控制方法分析了電動(dòng)和制動(dòng)下PWM調(diào)制的主電路工作模態(tài)并經(jīng)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其正確性和可行性.關(guān)鍵詞:無(wú)刷直流電機(jī)四象限運(yùn)行電壓泵升電路中圖分類號(hào):TP273???文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AAnalysison4?QuadrantOperationofBrushlessDCServoSystemLIUJun12?LIJi

4、n?fei3?YUJin?shou1(1.SchoolofInfmationScience2.SchoolofElectricalEngineeringShanghaiDianJiUniversityShanghai200240China3.Aero?PowerSci?techCenterNanjingUniversityofAeronautics4?quadrantoperationvoltagepumpingcircuit??永磁無(wú)

5、刷直流電動(dòng)機(jī)(PermanentMagBrushlessDCMotPMBLDCM)具有控制簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)在伺服領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用[1?3].伺服電機(jī)要求能夠四象限運(yùn)行、頻繁起動(dòng)和制動(dòng)且具有快速動(dòng)態(tài)響應(yīng).無(wú)刷直流伺服電機(jī)運(yùn)行采用三相六狀態(tài)PWM調(diào)制[4]實(shí)現(xiàn)速度和轉(zhuǎn)矩的控制其電氣制動(dòng)方式有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和能量回饋制動(dòng)3種.能耗制動(dòng)需在電樞回路圖3?電動(dòng)運(yùn)行功率管導(dǎo)通與反電勢(shì)關(guān)系Fig.3?Therelation

6、ofelectrooperationpowertransistconductioncounterpotential??以[0DT]區(qū)間Q1和Q6導(dǎo)通為例分析正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)主功率電路工作狀態(tài).記PWM周期為T占空比為D.為便于分析假設(shè)所有器件為理想器件則討論如下2種情況:(1)[0DT]段Q1斬波導(dǎo)通.A、B相通電Q1、Q6導(dǎo)通電流上升逆變器工作回路為:電源正DinQ1A相繞組B相繞組Q6電源負(fù)如圖4(a)所示.電壓方程為UAB=RiAL

7、piAeA(RiBLpiBeB)=2(RiALpiAeA)=Uin(6)??(2)[DTT]段Q1斬波關(guān)斷.A、B相通電D4、Q6導(dǎo)通電流下降逆變器的工作回路為:電源負(fù)D4A相繞組B相繞組Q6電源負(fù)如圖4(b)所示.回路電壓方程為UAB=RiALpiAeA(RiBLpiBeB)=2(RiALpiAe)=0(7)??根據(jù)狀態(tài)空間平均法由式(6)和(7)得到穩(wěn)態(tài)電壓方程為I=DUin2E2R(8)??此60?狀態(tài)下電流和反電勢(shì)同方向.由式(

8、4)可知電磁轉(zhuǎn)矩為正且與轉(zhuǎn)速同方向處于正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài).其他5個(gè)60?狀態(tài)分析類似可以得到相同的電磁關(guān)系.通過(guò)位置、速度和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)D即可實(shí)現(xiàn)位置、速度和轉(zhuǎn)矩的控制.2.2?正轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行正轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)電機(jī)工作在第II象限的機(jī)械特性曲線MII上.采用低速能量回饋制動(dòng)的控制方法利用半橋升壓斬波原理[4?5]將轉(zhuǎn)子動(dòng)能一部分消耗在電機(jī)電阻上另一部分回饋給輸入電容Cin.利用電壓泵升電路釋放Cin上過(guò)多的能量采用滯環(huán)原理控制Q0的通斷.當(dāng)Cin電

9、壓高于滯環(huán)上限時(shí)開(a)Q1、Q6導(dǎo)通(b)D4、Q6導(dǎo)通圖4?正轉(zhuǎn)電動(dòng)1個(gè)PWM周期電路工作狀態(tài)Fig.4?APWM!scyclecircuitwkstateofpositiverotationelectrooperation通Q0能量經(jīng)泵升電路的電阻R0釋放當(dāng)Cin電壓低于滯環(huán)下限時(shí)關(guān)斷Q0.Cin取值應(yīng)盡可能大同時(shí)為了保證系統(tǒng)工作安全必須設(shè)置硬件電壓保護(hù)防止輸入電容泵升電壓過(guò)高從而損壞電容和逆變器.圖5給出了正轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行功率管導(dǎo)通