諧振直流環(huán)節(jié)逆變器驅(qū)動(dòng)bldcm的控制器設(shè)計(jì)
賀虎成
（西安科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，西安710054）
摘要：根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)( bldcm)的脈寬調(diào)制(pwivi)特點(diǎn)和諧振直流環(huán)節(jié)逆變器(rdcli)的工作原理，利用脈寬調(diào)制專用集成芯片和復(fù)雜可編程邏輯器件( cpld)，設(shè)計(jì)了新型并聯(lián)諧振直流環(huán)節(jié)軟開(kāi)關(guān)逆變器驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)的pwni控制器。數(shù)字仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制器實(shí)現(xiàn)了諧振直流環(huán)節(jié)逆變器的正常工作和無(wú)刷直流電機(jī)的pwm調(diào)制運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；諧振直流環(huán)節(jié)；pwm；控制器
中圖分類號(hào)：tm36 +1; tm302 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848( 2010)06-0059-04
0引 言
無(wú)刷直流電機(jī)( brushless dc motor，bldcm)以其體積小、重量輕、效率高、特性好、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。然而，無(wú)刷直流電機(jī)通常采用硬開(kāi)關(guān)逆變器驅(qū)動(dòng)，硬開(kāi)關(guān)逆變器的系統(tǒng)效率較低，開(kāi)關(guān)器件的電壓、電流應(yīng)力大，開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷瞬間的電壓和電流尖峰可能使器件的運(yùn)行軌跡超出安全工作區(qū)，從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件的損壞，影響系統(tǒng)的可靠性。因此，硬開(kāi)關(guān)逆變器嚴(yán)重地影響了bldcm系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升。
諧振贏流環(huán)節(jié)軟開(kāi)關(guān)逆變器( 簡(jiǎn)稱rdcli)作為一種有效的解決途徑，研究已產(chǎn)生許多拓?fù)浜涂刂品椒ǎ@些拓?fù)淙源嬖谝恍┎蛔悖T如開(kāi)關(guān)器件電流電壓應(yīng)力較高、控制比較復(fù)雜、直流母線中點(diǎn)電壓平衡問(wèn)題等。
文獻(xiàn)[5]提出了一種新型并聯(lián)諧振直流環(huán)節(jié)軟開(kāi)關(guān)逆變電路。該新型軟開(kāi)關(guān)變換電路具有這些優(yōu)點(diǎn)：
①諧振網(wǎng)絡(luò)無(wú)諧振閾值限制；
②諧振過(guò)程所用的時(shí)間較短，消耗功率較小；
③逆變橋的續(xù)流二極管實(shí)現(xiàn)了軟性關(guān)斷，克服了反向恢復(fù)問(wèn)題；
④可以實(shí)現(xiàn)pwm控制且方法簡(jiǎn)單，便于工程實(shí)現(xiàn)；
⑤省去了阻流環(huán)節(jié)的大電容，無(wú)中點(diǎn)電位不平衡問(wèn)題；
⑥功率器件具有棱小的開(kāi)關(guān)應(yīng)力；
⑦逆變橋開(kāi)關(guān)操作均為零電壓開(kāi)關(guān)( zvs)，諧振單元的開(kāi)關(guān)器件操作為zvs或零電流開(kāi)關(guān)(zcs)。
文獻(xiàn)[6]提出了該新型諧振直流環(huán)節(jié)逆變器在無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用中的控制策略。本文在文獻(xiàn)[5-6]的研究基礎(chǔ)上，探討該新型諧振直流環(huán)節(jié)逆變器在無(wú)刷直流電機(jī)中應(yīng)用的pwm控制器實(shí)現(xiàn)。
1新型諧振直流環(huán)節(jié)軟開(kāi)關(guān)逆變器
新型諧振直流環(huán)節(jié)軟開(kāi)關(guān)逆變器的拓?fù)潆娐啡鐖D1所示，包括直流電源、諧振單元、三相電壓源逆變器和電機(jī)。
為了便于后續(xù)分析，先簡(jiǎn)單介紹軟開(kāi)關(guān)逆變器的工作原理。逆變器過(guò)渡狀態(tài)的等效電路如圖2，電壓和電流的參考方向如圖中標(biāo)定。圖3為逆變器狀態(tài)過(guò)渡期間一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的動(dòng)作波形，圖中dul、du2、du3分別為輔助開(kāi)關(guān)v1、v2、v3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，uc為電容cr兩端的電壓，即直流環(huán)節(jié)或直流母線電壓，ucl、uc2分別為電容c1、c2兩端電壓，i為諧振電感電流，恒流源i0為等效負(fù)載電流，td/為等效續(xù)流二極管。新型諧振直流環(huán)節(jié)逆變器的一個(gè)完整pwm開(kāi)關(guān)周期由十個(gè)階段構(gòu)成。
假定這是電路的初始工作狀態(tài)，v2，v3斷開(kāi)，v1導(dǎo)通，電源e經(jīng)v1向負(fù)載提供電流。
模式b[t1-t2]
t=t2時(shí)，pwm關(guān)斷信號(hào)到來(lái)，在zvs條件下直接關(guān)斷開(kāi)關(guān)v，，同時(shí)zcs條件下開(kāi)通v3。
模式c[t2~t3j
t=t2時(shí)，直流母線電壓諧振下降到零，負(fù)載電流i0流過(guò)續(xù)流二極管tdi，同時(shí)，因二極管d1的導(dǎo)通，阻止了諧振的進(jìn)行，電容不能反向充電，電感l(wèi)1、開(kāi)關(guān)管v3和二極管d1自形成回路，使電感電流為恒值。此時(shí)可zvs條件下軟關(guān)斷v3。電感和電容c1發(fā)生諧振，電容c1被充電電壓升高，電感電流下降。
模式(l[t4~t3]
t= t3時(shí)，諧振中止，電感電流轉(zhuǎn)換到二極管d2，向電源回饋能量，使電感電流迅速減
小為零。
模式e[ t4~她]
在t4 - t5階段，逆變橋續(xù)流二極管和負(fù)載電流構(gòu)成回路，和傳統(tǒng)的逆變器工作狀態(tài)相同。在t2-t3階段直流環(huán)節(jié)電壓為零，逆變橋開(kāi)關(guān)器件可以完成一次zvs開(kāi)關(guān)過(guò)程，等開(kāi)關(guān)過(guò)程結(jié)束后，進(jìn)行母線電壓回 |
