前置電流型兩象限斬波器的無刷直流電機控制器研究
徐蕾，馬瑞卿，李虛懷，曹濤
(西北工業大學自動化學院，西安710072)
摘要：研究了基于前置電流型兩象限斬波器的無刷直流電機控制方法。介紹了電路的硬件結構，分析了利用該方法抑制電機的電流和轉矩波動，改善電機制動特性的原理。在matlab/simulink環境下建立了控制系統的仿真模型，給出了仿真結果并與傳統結構下的仿真結果進行了對比。結果表明，電流型兩象限斬波器能夠明顯減少無刷直流電機電流和轉矩波動，改善電機制動特性。
關鍵詞：無刷直流電機；斬波器；電流波動；仿真模型
中圖分類號：tm36+1 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)02-0062-04
0引 言
本文對無刷直流電機電流波動進行了詳細的分析。提出采用前置電流型兩象限斬波器的方法減少電機電流和轉矩波動，同時改善電機制動特性。
在matlab/simulink壞境下建立了電流型兩象限斬波器的仿真模型并將其應用于無刷直流電機控制系統。通過與傳統方式下仿真結果的對比，證明了通過前囂電流型兩象限斬波器能夠有效抑制無刷直流電機轉矩和電流波動，同時改善電機制動性能。
1主電路結構
采用前置電流型兩象限斬波器的無刷直流電機控制系統主電路結構如圖1所示。主電路由電流型兩象限斬波器和三相全橋逆變器組成。
傳統的三相全橋逆變器在工作時，六個功率開關管全部（雙極性調制）或部分（單極性調制）工作在pwm狀態。而圖l所示系統中，功率開關管tl~ t6工作在120度導通方式下，其開通和關斷由控制器根據位置傳感器信號確定。功率開關管t7和t8工作在互補pwm狀態。由于tl~ t6工作在低頻狀態，開關損耗大大減小。電機起動時，以t7、d7為主，構成降壓型斬波電路，實現電機調壓調速。制動時，以t8、d8為主，它們與l構成boost電路，使電機能量回饋電源。二極管d9主要用于換相保護，防止逆變器功率管關斷時電感電流無續流回路而產生大的損壞功率管。
2電流波動分析
當電機運行在電動狀態下時．忽略功率管導通壓降，則等效電路如圖2所示。當t7導通時，電源向電機供電，電路中電流上升；當t7關斷時，電流通過二極管d7續流。為了使負載電流連續且波動小，通常l較大。如果斬波器中的電感l較小，負載電流可能出現斷續。一般不希望出現電[3]斷續的情況，所以本文只討論電流連續的情況。電流連續時的電流波形如圖3所示。
忽略功率開關管和二極管的導通壓降，當17處于開通狀態時，回路電壓平衡方程為：
式中，ud為電源電壓(v)；id為電機電流(a)；l為斬波器電感(h)；r為電機每相繞組電阻(ω)；lc為電機每相繞組電感(h)；m為電機每相繞組互感(h)。
設這一階段電流初始值為i20，解上式可得：
當t7處于關斷狀態時，同路的電壓平衡方程為：
設這一階段的初始電流為ki20則解主式可得：
當電路處于穩態時，可認為：
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