交流伺服用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)死區(qū)的研究

交流伺服用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)死區(qū)的研究

0約束作用機(jī)理的應(yīng)用在通信導(dǎo)向系統(tǒng)中，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用了無(wú)刷直流動(dòng)機(jī)（nbcmor.以下簡(jiǎn)稱(chēng)nbcm）和三相同步永平電機(jī)（pmss）。然而，對(duì)于3dcm低速段的非線性、波動(dòng)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(duì)3dcm的函數(shù)關(guān)系，顯著限制了3dcm在高性能速度和位置管理系統(tǒng)中的應(yīng)用。在本文中，以三相非橋接電法的nbcm為例，研究了無(wú)刷直流動(dòng)機(jī)的死區(qū)不規(guī)則減少方法。1無(wú)刷機(jī)穩(wěn)定特性的機(jī)械性能和調(diào)整特性的數(shù)學(xué)模型1.1電源本身的影響1)轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(guò)渡導(dǎo)通狀態(tài)與開(kāi)關(guān)動(dòng)作的過(guò)渡過(guò)程,假定每相電流瞬時(shí)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(jī)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(dòng)電壓Ua0:Ua0=pWAΦRa11.55?T+△UT(3)Ua0=pWAΦRa11.55?Τ+△UΤ(3)式中:ea相繞組感應(yīng)電勢(shì),p為極對(duì)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(zhuǎn)矩,ΔUT晶體管管壓降,正常運(yùn)行時(shí)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(bǔ)償、壓力降低策略2.1u3000結(jié)語(yǔ)1)全橋直—直升降壓換流器的特點(diǎn)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(dú)反極性和方向,能方便的運(yùn)行在電壓電流平面的四個(gè)象限內(nèi),適合BDCM正反轉(zhuǎn)運(yùn)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(bǔ)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(bǔ)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(jìn)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(bǔ)償電壓ΔUΔU=U0-U=U·D/(1-D)(5)式中D為占空比.當(dāng)D一定時(shí),全橋直—直升降壓換流器的產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓ΔU與U的大小直接相關(guān),即補(bǔ)償電壓與U成正比.經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)換流器采用固定頻率控制器控制時(shí),必須選定BDCM額定工況下的管壓降ΔUT作為補(bǔ)償條件,即D=ΔUT/(U+ΔUT),否則,很可能出現(xiàn)ΔU遠(yuǎn)大于管壓降ΔUT的現(xiàn)象.補(bǔ)償程度隨負(fù)載的下降而減小,接近額定負(fù)載時(shí),補(bǔ)償效果比較令人滿意;輕負(fù)載時(shí),補(bǔ)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(kāi)關(guān)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制方便.因此,鑒于換流器的占空比D是一個(gè)變化量,頻率控制器的輸出頻率由輸入電壓U或管壓降來(lái)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(shí)時(shí)補(bǔ)償ΔUT.由MATLAB仿真以及實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn),如圖2(b)所示.圖中所有曲線對(duì)應(yīng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變,其中·為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)線為MATLAB仿真結(jié)果.4)電流加速電路事實(shí)上,電機(jī)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(jī)線圈繞組電流上升的時(shí)間.BDCM電流為矩形波時(shí),電流波的斜率(換相角)等于零.換相角角度越大,紋波轉(zhuǎn)矩幅值越大,直接影響B(tài)DCM的輸出轉(zhuǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn).2.2電樞變換電路電壓跟隨器實(shí)時(shí)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(guò)時(shí),繞組端電壓等于U,管壓降被完全補(bǔ)償.但是,晶體管截止時(shí),管壓降等于U,其它電樞繞組沒(méi)有電壓流過(guò),這種現(xiàn)象絕對(duì)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(bǔ)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(shí)觸發(fā),則能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)補(bǔ)償管壓降.實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果如圖4所示.其中,·為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)線為MATLAB仿真結(jié)果,