基于一個公共直流信號的無刷直流電動機的電流控制方案
摘要：
本文介紹了一種直流無刷電機的簡化電流的控制調制技術。它基于類方波電流的產(chǎn)生僅使用一個電流控制三相。這種方案的優(yōu)點有：
a)控制電路非常簡單；
b)相間電流保持平衡；
c)避免了在扁平板中檢測直流連接電流的困難：
d)僅通過一個直流分量控制電流。
這些特點允許使用三角形載波器作為功率晶體管的電流控制方案，相對于其它選擇，它更易、更優(yōu)。使用電子模擬器的計算機仿真( psim)，已顯示了這一解決方案的優(yōu)良特性及其簡易性。例如在階躍響應和反相條件下，使用一個15kw的電動機逆變器系統(tǒng)所做的一些試驗顯示了它在穩(wěn)定狀態(tài)和過渡狀態(tài)時的****表現(xiàn)。
關鍵詞：電機換流系統(tǒng)，功率晶體管，psim.
1 引言
在電力牽引及其它一些應用中，需要電動機有一個寬范圍的速度和轉矩控制。直流電機能滿足這些需要，但這些電機需要周期性的維護。交流電機像感應電動機、永磁無刷電動機沒有電刷和換向器，它們的轉子由于不存在電機換向器或者滑環(huán)而很牢靠。這就意味著只需要很少的維護。這也提高了功率／重量比及效率。連續(xù)控制得到了長足的發(fā)展，它給電力牽引設備[1]、[2]提供了很高的動態(tài)表現(xiàn)。然而這種拉制類型很復雜。對電力牽引設備的控制，在硬件上，永磁無刷電機的發(fā)展使得它有了一個很大的簡化[3l-[5j。時下，用于電力牽引設備的兩種永磁無刷電動機最流行：
(1)用正弦波電流驅動的永磁同步電動機(pmsm)
(2)用類方波電流驅動的永磁直流電動機(bldcm)
這兩種設計消除了轉予銅損耗，和傳統(tǒng)的感應電動機相比，能得到很高的峰值效率（20到l00kw的釹鐵硼電動機在百分之95）。面且，psm及bldcm的功率／重量比高于相應的鼠籠式感應電機。上述特點及高可靠的控制使得這一類型電機成為為電氣機車應用中的一個強有力的牽引系統(tǒng)[6]。
本文介紹的這種研究用來給出一個簡易及高效的調整控制系統(tǒng)，它會給出很好的電流波形。為了實現(xiàn)這些目標，基于以下優(yōu)點選擇了bldcm:
(l)類方波電樞電流主要由通過它們的****幅值決定，它直接控制電機的轉矩；
(2)軸的位置傳感系統(tǒng)僅需要輸出六個數(shù)字信號來控制逆變器的晶體管；
(3)由于晶體管本身存在的延遲時間，逆變器性能很可靠。
第一個特點允許設計一個電路僅用來控制一個直流分量，它代表了梯形方波電流的****幅值imax。第二及第三個特點允許減少其它電機所需的復雜電路，允許自同步過程來操縱電機。控制用于牽引設備的bldcm的最流行的方法是通過電壓源電流控制的逆變器。逆變器必須提供一個類方波電流，它的****值imax和電機軸的輸出轉矩成正比[7]。然后，通過控制相流，轉矩和轉速都能得到調整。有兩種方法控銣bldcm的相電流：
(1)通過對相電流的檢測，相電流通過比較使它跟隨一個類方波形模板
(2)通過對直流連接電流的檢測，贏流連接電流用來得到相電流的****值imax
在第一靜情況下，控制是復雜的，因為它需要產(chǎn)生三相類方波形電流模板，各相相差120度而且，三相電流模板很難跟隨電機電流，因為引入了相位移動和延遲[8]。在第二種情況下，很難檢測直流電流，因為在功率逆變器中的晶體管和直流電容的連接是用扁平板做的，用來減少漏感。因而，很難連接一個電流傳感器。為避免這些缺點，本文中等效的直流電流是通過檢測電樞電流得到的。這些電流被整流，從而獲得了對應于原始的相電流的最少值，的一個直流分量。然后這一直流分量被用來驅動bldcm。這一方案的優(yōu)點有：
(1)定子電流完全由它們的****幅值決定
(2)三相都由同一個直流分量控制，因而相電流定被保持在完全相同的****幅值imax上
(3)不需要檢測直流連接電流
這些特點允許采用三角形載波器作為功率晶體管的電流控制方案，這比其它調制方法容易待多、精確得多。
2建議的控制系統(tǒng)
建議的控制方案系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)的運行過程如下：電動機是無刷直流類型，電樞電流的波形是類方波的。這些電流通過電流檢測器檢測到，并轉 |
