【摘要】：永磁無刷直流電機具有可控性好、功率密度大、動態(tài)響應(yīng)快、運行效率高等一系列優(yōu)點,因而在高速領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。高速永磁無刷直流電機需要配備相應(yīng)的控制系統(tǒng)才能運行,由于傳統(tǒng)有位置傳感器無刷直流電機在一些條件惡劣的場合呈現(xiàn)出諸多弊端,近些年來永磁無刷直流電動機無位置傳感器控制越來越成為研究的熱點。本文研究的高速永磁無刷直流電動機主要應(yīng)用在小型復(fù)合分子泵中,小型復(fù)合分子泵是一種分子真空泵,這種分子泵是在分子流區(qū)域內(nèi)依靠高速運動的剛體葉片傳遞給氣體分子動量,從而使氣體分子產(chǎn)生定向流動以達到抽氣獲得真空的目的。在電機本體方面,由于高速電機位于分子泵內(nèi)部,電機正常工作環(huán)境接近真空,這就給電機的散熱帶來了很大的困難,而課題要求電機工作時溫升不超過20K,因此在電機本體設(shè)計時必須著重考慮電機的發(fā)熱問題。鑒于此,設(shè)計電機本體時我們采取了很多措施,如電機定子采用了 0.2mm厚的硅鋼片,轉(zhuǎn)子采用無鐵心結(jié)構(gòu),永磁體采用低電導(dǎo)率的粘接釹鐵硼配合不導(dǎo)電的碳纖維套筒進行保護。這些措施大大降低了轉(zhuǎn)子的渦流損耗,減少了電機的發(fā)熱。在電機的控制方面,為提高電機效率,降低電機的轉(zhuǎn)矩波動,改善電機的運行性能。在分析了不同PWM斬波方式下繞組中性點電壓變化特點和不同PWM斬波方式下非導(dǎo)通相繞組續(xù)流情況的基礎(chǔ)上,決定采用上下橋均斬波的驅(qū)動方式,位置檢測方法則采用以直流電源中點為參考電壓點的“端電壓法”。為解決電機的換相誤差問題,本文提出了基于非導(dǎo)通相繞組非導(dǎo)通期間中點時刻電壓的閉環(huán)相位校正方法。該方法可以對電機的換相誤差進行實時監(jiān)測和校正,使電機時刻處于最佳換相狀態(tài)運行。采用該方法后,電機繞組的換相誤差大大降低,轉(zhuǎn)矩波動明顯減小,同時提高了電機的效率和運行的穩(wěn)定性。最后通過實驗證明,該方法是正確有效的。無位置傳感器高速永磁無刷直流電機的另一個問題是起動問題,由于分子泵是一種大慣量負(fù)載,電機起動時間較長,其起動環(huán)節(jié)可以分成開環(huán)起動和閉環(huán)升速兩部分,針對開環(huán)起動部分,在傳統(tǒng)硬件升頻升壓起動法的基礎(chǔ)上,我們采用了改進的軟件升頻升壓起動法,該方法可以在不增加任何硬件電路基礎(chǔ)上實現(xiàn)電機的可靠起動,且起動步長和起動電壓參數(shù)可以通過上位機實時調(diào)整,大大提高了控制系統(tǒng)的魯棒性;針對閉環(huán)升速部分,在電機的閉環(huán)升速階段加入了基于轉(zhuǎn)速和繞組電流的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)并對繞組電流加以限幅,這樣既能保證電機轉(zhuǎn)速平滑上升又能避免因繞組電流沖擊而導(dǎo)致?lián)Q相失敗,提高了電機起動成功率。最后,基于上述研究,本文以dsPIC30F3011為主控芯片,設(shè)計開發(fā)了基于“端電壓法”的高速永磁無刷直流電動機無位置傳感器控制系統(tǒng),并通過RS485串口通訊實現(xiàn)上位機對電機實時控制和狀態(tài)監(jiān)測,試驗證明,本系統(tǒng)可以安全可靠運行,滿足小型分子泵的控制要求。
【圖文】：

控制系統(tǒng)成本總體較低。③方波驅(qū)動無刷直流電機有較高的材料利用率，逡逑在相同有效材料情況下，其輸出轉(zhuǎn)矩可增加約１５％。本課題應(yīng)用的的正是方波逡逑類永磁無刷直流電動機，圖１－２為方波驅(qū)動無刷直流電動機基本控制框圖。逡逑ｍ邋ｍｉ邋ｔ逡逑＾１＿＿｜ＶＤＩ邐＿｜ＶＤ３邋＾｜＿ＪＶＤ５逡逑＾ｒ－邐１邋ｙＴ邋ｓ邋＼逡逑＾＿＿｜ＶＤ４邐｜ＶＤ６邋＾邋｜ＶＤ２逡逑？＞逡逑主－憊統(tǒng)Ｈ邐１位置檢測ｈ—逡逑圖１－２方波驅(qū)動無刷直流電機控制框圖逡逑由上圖１－２可以看出，方波無刷直流電動機正常工作需要獲得檢測轉(zhuǎn)子的位逡逑置信息，而后經(jīng)過控制器邏輯運算驅(qū)動逆變器完成換相Ｗ。例如本文采用的是三逡逑相六狀態(tài)１２０度換相方式，則每個電周期需要六個轉(zhuǎn)子位置信號來確定換相時逡逑刻。傳統(tǒng)的獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方式是在電機內(nèi)部安裝位置傳感器，如霍爾傳感逡逑器、光電傳感器等。而實際應(yīng)用中，使用位置傳感器會帶來以下問題：逡逑（１）

圖２－１不同齒槽結(jié)構(gòu)圖逡逑有齒槽定子鐵心結(jié)構(gòu)我們可以選擇２極３槽或者２極６槽，，利用ＭＡＴＬＡＢ逡逑軟件對高速電機空載下的氣隙磁密進行傅里葉分解可得下圖２－２，由圖２－２邋（ａ）逡逑可知，３槽結(jié)構(gòu)的電機氣隙磁密中含Q嚪到洗蟮吶即渦巢�，谐波比重的X黽踴徨義顯謐又脅艽蟮奈辛魎鷙�。而２极６矂赆剐M洞懦〉幕ǚ滌耄巢勱峁瑰義舷嗖畈淮�，但谐波含量灭嫾s跎�，因此为綑n偷緇臃⑷任頤茄∮茫布恫勱徨義瞎�。辶x希埃�，￣￣．￣∮z觶觶觶觶觶觶澹埃�，￣￣．￣．￣￣．￣￣．￣．￣￣？￣￣－￣－￣￣？￣￣－￣￣？￣∮z義希埃保稿濉鰣澹咤危咤澹模保稿危咤義希埃保跺澹澹儒危埃保跺濉鰣義希埃保村巍鰣危埃保村危危儒義希埃保插澹澹儒

本文編號：2646614