【摘要】：無刷直流電機在換相過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動,已嚴重阻礙其在航空、航天等尖端領(lǐng)域的廣泛應用。通過研究無刷直流電機在換相過程中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的成因,提出了一種改進的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)電能變換器拓撲結(jié)構(gòu),該拓撲結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)單端初級電感變換器的基礎(chǔ)上嵌入一個電容與二極管的并聯(lián)電路,有效提高了輸出電壓,減小了開關(guān)電壓應力。同時在系統(tǒng)非換相運行過程中根據(jù)變化的速度調(diào)整電壓,以達到直流側(cè)輸出電壓與反電動勢成正比的目的,從而抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動。實驗結(jié)果表明,該電能變換器拓撲結(jié)構(gòu)能有效應用于無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng),電機在不同速度階段換相轉(zhuǎn)矩脈動都得到明顯抑制。
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圖片說明： 用了脈沖幅值調(diào)制方式調(diào)節(jié)逡逑電壓。指出了若在換相期間升高直流母線電壓，相電流逡逑將會保持為一個常數(shù)，轉(zhuǎn)矩脈動也即被抑制。逡逑本文設計了一種改進型單端初級電感變換器逡逑（ｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｅｄ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｉｎｄｕｃｔｏｒ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，邋ＳＥＰＩＣ）拓撲結(jié)逡逑構(gòu)，并應用于無刷直流電機前級驅(qū)動電路。提出了一種逡逑通過在非換相時刻合理調(diào)整電壓，在換相接入時，使逆變逡逑橋獲得理想直流母線電壓的控制策略。逡逑１無刷直流電機換相轉(zhuǎn)矩脈動分析逡逑１．１無刷直流電機數(shù)學模型逡逑圖１所示為無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖》逡逑圖１無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)框圖逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＢＬＤＣ邋ｍｏｔｏｒ邋ｄｒｉｖｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑假設電路處于理想工作狀態(tài)，磁路不飽和和三相繞逡逑組完全對稱，且忽略渦流和磁滯損耗等因數(shù)，則三相繞組逡逑電壓平衡方程［７］如下：逡逑－（逡逑－Ｒ逡逑０逡逑0■逡逑ｄ逡逑NB＿逡逑￣Ｌ逡逑０逡逑0■逡逑ｕｂ逡逑＝逡逑０逡逑Ｒ逡逑０逡逑ｈ逡逑＋邋ｄ７逡逑ｈ，逡逑？逡逑０逡逑Ｌ逡逑０逡逑－ｕｃ－逡逑－０逡逑０逡逑Ｒ－逡逑－Ｋ－逡逑－Ｋ－逡逑－０逡逑０逡逑Ｌ－逡逑＇ｅａ￣逡逑＿邋Ｖ逡逑ｅｂ逡逑＋逡逑以０逡逑－ｅｃ￣逡逑Ｌ邋Ｕ0」逡逑式中：為電機三相繞組端電壓NBNBNB為三相逡逑定子電流，ｉ為定子各相繞組等效電感，＾分別為逡逑定子各相繞組反電動勢，ｕ。為中性點電壓，／？為三相定子逡逑繞組阻值，又因定子三相繞組對稱分布，相電流平衡。故逡逑電機電磁轉(zhuǎn)矩可表不為：逡逑Ｔ邋ｅＪ．邋＋邋？ｂｈ邋＋邋ｅｃｉｃ邐⑵逡逑０）逡逑式中：ｗ為無刷直
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圖片說明： ａ￣逡逑＿邋Ｖ逡逑ｅｂ逡逑＋逡逑以０逡逑－ｅｃ￣逡逑Ｌ邋Ｕ0」逡逑式中：為電機三相繞組端電壓NBNBNB為三相逡逑定子電流，ｉ為定子各相繞組等效電感，＾分別為逡逑定子各相繞組反電動勢，ｕ。為中性點電壓，／？為三相定子逡逑繞組阻值，又因定子三相繞組對稱分布，相電流平衡。故逡逑電機電磁轉(zhuǎn)矩可表不為：逡逑Ｔ邋ｅＪ．邋＋邋？ｂｈ邋＋邋ｅｃｉｃ邐⑵逡逑０）逡逑式中：ｗ為無刷直流電機角速度。逡逑１．２轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因逡逑在理想情況下，無刷直流電機的反電動勢呈梯形分逡逑布，如圖２所示。反電動勢幅值為￡？。電機中的各種非逡逑線性結(jié)構(gòu)會破壞理想的矩形線電流波形從而導致轉(zhuǎn)矩逡逑脈動，同時定子繞組電感值不能忽略，，線電流無法在較逡逑短時間內(nèi)突變，因此很難得到恒定轉(zhuǎn)矩。為了保持換逡逑相期間轉(zhuǎn)矩恒定，換相電流的上升速率和下降速率應逡逑保持相同。逡逑圖２無刷直流電機反電動勢波形逡逑Ｆｉｇ．邋２邋Ｂａｃｋ邋ＥＭＦ邋ｗａｖｅｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ＢＬＤＣ邋ｍｏｔｏｒ逡逑由于定子相繞組的電感不為0，實際的相電流不可逡逑能為理想的矩形波，它是一個具有上升和下降過程的梯逡逑形波，而換相電流上升和下降的斜率對轉(zhuǎn)矩有直接的影逡逑響。下面以Ａ相到Ｂ相的換相過程來分析換相轉(zhuǎn)矩脈逡逑動產(chǎn)生的原因。在換相前ＭＯＳ管Ｔ１和Ｔ２為閉合狀態(tài)，逡逑如圖３所示，此時導通相為Ａ、Ｃ相。開始換相時，ＭＯＳ逡逑管Ｔ１關(guān)閉，二極管Ｄ４導通續(xù)流如圖４所示，與此同時向逡逑電感儲存能量，當ＭＯＳ管Ｔ２和Ｔ３導通時，二極管不再逡逑續(xù)流，此時電流流經(jīng)Ｂ、Ｃ相，換相過程結(jié)束如圖５所示。逡逑由于換相過程較短，因此電流可以近似認為大小不變，即逡逑在換相初始時刻ｋ邋＝邋0NB邋＝邋
【作者單位】： 中南林業(yè)科技大學計算機與信息工程學院;
【基金】：湖南省科技計劃(2016WK2023) 湖南省科技廳重點(2013XK4003)項目資助
【分類號】：TM33

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本文編號：2515672