雙余度無刷直流電動機的建模與余度控制技術

馬瑞卿，劉衛國，楊永亮

(西北工業大學，陜西西安710072)

    摘要：參考自感和相間互感的關系公式，建立了雙余度元刷直流電動機的數學模型。在環境下，采用正弦波削頂法等效反電勢波形，并針對實際電機參數，得到了電機帶載起動過程下的轉速、母線電流、相電流和反電勢的動態性能仿真曲線。仿真結果驗證了電機數學模型的有效性。在此基礎上，對雙余度無刷直流電動機電流均衡和余度降級時的平滑切換技術進行了研究，實驗證實了雙余度熱備份工作性能優于單通道工作。

    關鍵詞：無刷直流電動機；雙余度；建模；余度控制

中圖分類號：文獻標識碼：A  文章編號：1004-7018(2008)07-0032-04

 

    0引  言

    稀土永磁無刷直流電動機以其調速性能優越、壽命長、效率高、維護性好、應用廣泛等特點得到了電機界的公認[1]，但電機繞組、功率逆變器、轉子位置傳感器在當今技術條件下仍為系統的薄弱環節，在航空航天等高可靠性領域，采用單通道設計往往不能滿足要求。因此，在電機定子中隔槽嵌放兩套獨立繞組，并采用兩套獨立的功率逆變器和兩套獨立的轉子位置傳感器構成雙余度無刷直流電動機(以下簡稱)控制系統成為航空航天領域的研究熱點。雙余度系統通常工作在熱備份方式，當一個電氣通道發生故障，另一個通道仍能繼續工作，系統可靠性大為提高[2]。

 

但是，在雙通道同時工作時，相間互感勢必對電機性能產生影響。而通過磁場分析計算只能初步得到電機的基本參數，為了研究系統的動態性能，就需要通過建模、數值分析或試驗的手段掌握其內部參數的變化規律[3-4]。

 

本文建立了的數學模型，根據電機自感與相間互感的公式，得出了相間互感關系，在環境下，得出了電機帶載起動過程下的轉速、母線電流、相電流和反電勢動態仿真曲線。驗證了電機數學模型的有效性。同時，通過對的電流均衡和余度降級時的平滑切換技術的研究，證明雙余度熱備份工作性能明顯優于單通道工作。

 

由于BLDCM電壓、電勢和電流均為非正弦波。假設：磁路不飽和；不計渦流和磁滯損耗；兩套三相繞組完成對稱；功率開關器件為理想元件。則由文獻[5]，可得到DR-BLDCM的電壓平衡式：

 

 

 

    由于雙套繞組采用隔槽嵌放式集中整距繞組，其雙余度繞組之間對應相軸線互差30°，每一相與另一套繞組的次對應相互差150°，每一相與另一套繞組的第三對應相互差90°(其互感為零)。從而

2 仿真分析

 

通過以上得出的數學模型，根據圖2的系統結構框圖，可很方便地建立其控制系統在環境下的仿真模型。