本文關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去電容化設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 無(wú)刷直流電機(jī) Buck電路 電容 電感電流 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 有源阻尼 虛擬電阻 新型無(wú)電容變換器

【摘要】：無(wú)刷直流電機(jī)(BLDCM)具有功率密度高、控制簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn),逐漸在家用和工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是與永磁同步電機(jī)(PMSM)相比,BLDCM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大,這會(huì)極大地降低電力傳動(dòng)系統(tǒng)的控制性能。同時(shí)在一些場(chǎng)合,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積受到了較為嚴(yán)格的限制。為此,本文研究了無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去電容化設(shè)計(jì)。本文首先在Buck電路BLDCM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電容取值較小的情況下,研究了傳統(tǒng)PI控制下電機(jī)換相期間造成的電感電流跌落現(xiàn)象,針對(duì)電流內(nèi)環(huán)采用了一種控制電感電流恒定的單周期控制算法。該算法考慮了小電容在換相期間電容的升壓,將電容電壓作為一個(gè)輸入增加到算法的輸入端中。相比于傳統(tǒng)的PI算法,該算法能夠?qū)崿F(xiàn)在電機(jī)換相期間電感電流近似恒定。然后,針對(duì)Buck電路電容取值較小時(shí),電機(jī)在換相期間因阻抗不匹配造成的電流諧振現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析。本論文指出造成該現(xiàn)象的原因在于系統(tǒng)阻尼過(guò)小。為了在不增加系統(tǒng)損耗的前提下,有效地增加系統(tǒng)阻尼,抑制系統(tǒng)諧振,提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行的穩(wěn)定性,本文將傳統(tǒng)的應(yīng)用于LCL濾波器的有源阻尼方法與BLDCM相結(jié)合,研究了適用于Buck電路BLDCM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的有源阻尼方法。該方法以電感電流換相期間基本恒定為基礎(chǔ),分別針對(duì)增加虛擬電阻的不同位置,研究了三種能夠有效增大系統(tǒng)阻尼的有源阻尼方法。該算法不需要增加實(shí)際阻尼電阻,以控制算法替代實(shí)際阻尼電阻,能夠?qū)崿F(xiàn)在母線電容取值較小時(shí),依然保持相電流在換相期間穩(wěn)定,有效地抑制了BLDCM換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。最后,為了徹底解決在BLDCM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中由電容帶來(lái)的問(wèn)題,本論文研究了一種新型無(wú)電容變換器來(lái)驅(qū)動(dòng)BLDCM。相比于傳統(tǒng)的Buck變換器,該變換其不含有母線電容,增加了一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一個(gè)二極管并聯(lián)在電感兩端,為電機(jī)換相期間電感電流提供續(xù)流回路。該變換器能夠直接控制BLDCM相電流,這與Buck電路的調(diào)壓調(diào)速原理有較大不同。另外該變換器在換相期間理論上能夠迅速抬升逆變器母線電壓,以抑制換相期間相電流跌落的趨勢(shì),抑制電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。該變換器能夠解決由小電容產(chǎn)生的電機(jī)換相的電流尖峰問(wèn)題。通過(guò)與該變換器配合的控制策略,理論上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)BLDCM的良好控制,同時(shí)大大地減小了控制器的體積。針對(duì)所研究的控制方案,本論文進(jìn)行了相應(yīng)的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本論文所研究的控制方法的可行性和對(duì)BLDCM驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化的有效性。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)刷直流電機(jī) Buck電路 電容 電感電流 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 有源阻尼 虛擬電阻 新型無(wú)電容變換器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM33
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 課題研究背景及意義13
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本論文主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 一種控制電感電流恒定的單周期算法17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)分析17-21
• 2.2.1 PI調(diào)節(jié)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)原理17-18
• 2.2.2 電機(jī)運(yùn)行等效電路分析18-21
• 2.3 電感電流恒定的單周期控制算法21-23
• 2.3.1 改進(jìn)的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制原理21-22
• 2.3.2 控制框圖和控制策略22-23
• 2.4 電容升壓對(duì)電機(jī)性能的影響23-25
• 2.5 仿真驗(yàn)證25-28
• 2.5.1 兩種控制方式下電感電流波形對(duì)比25-26
• 2.5.2 電流參考和電流反饋26-27
• 2.5.3 Buck電容電壓與逆變器母線電流27
• 2.5.4 電機(jī)相電流波形27-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 適用于BLDCM的有源阻尼方法29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 換相瞬間數(shù)學(xué)建模29-32
• 3.2.1 采用電感電流單周期算法的控制策略理論依據(jù)29
• 3.2.2 換相期間數(shù)學(xué)建模分析29-32
• 3.3 適用于BLDCM的有源阻尼方法32-42
• 3.3.1 電機(jī)側(cè)并聯(lián)虛擬電阻32-36
• 3.3.2 電機(jī)側(cè)串聯(lián)虛擬電阻36-39
• 3.3.3 電容側(cè)串聯(lián)虛擬電阻39-42
• 3.4 傳遞函數(shù)G(s)分析42-45
• 3.4.1 G(s)建模的必要性42-43
• 3.4.2 G(s)數(shù)學(xué)建模及簡(jiǎn)化43-45
• 3.5 仿真驗(yàn)證45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第四章 無(wú)電容變換器及其控制策略49-71
• 4.1 引言49
• 4.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析49-51
• 4.2.1 傳統(tǒng)Buck電路BLDCM控制系統(tǒng)的缺陷49-50
• 4.2.2 一種Buck-based電路BLDCM控制系統(tǒng)的缺陷50
• 4.2.3 一種新型適用于BLDCM驅(qū)動(dòng)的無(wú)電容變換器50-51
• 4.3 無(wú)電容變換器工作狀態(tài)分析51-58
• 4.3.1 電機(jī)傳導(dǎo)區(qū)間工作狀態(tài)分析51-54
• 4.3.2 電機(jī)換相區(qū)間工作狀態(tài)分析54-56
• 4.3.3 控制策略和控制框圖56-58
• 4.4 仿真分析58-62
• 4.4.1 無(wú)電容變換器性能驗(yàn)證58-60
• 4.4.2 與其它拓?fù)湫阅鼙容^60-62
• 4.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證62-69
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建62-64
• 4.5.2 關(guān)鍵算法的DSP實(shí)現(xiàn)64
• 4.5.3 控制策略的驗(yàn)證64-69
• 4.6 本章小結(jié)69-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-73
• 5.1 論文工作總結(jié)71-72
• 5.2 后續(xù)工作和展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及專利情況79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：906043