本文關鍵詞：考慮IGBT特性的無刷直流電機數(shù)學模型，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學》 2011年

水下推進無刷直流電機無位置傳感器控制

魏延羽  

【摘要】：無刷直流電機具有高效率和高功率密度的特點,適用于水下推進裝置。為了檢測關鍵的轉(zhuǎn)子位置信號,一般需在電機內(nèi)安裝霍爾傳感器。水下推進裝置中空間有限,且對可靠性要求高,而安裝霍爾傳感器不僅占用體積,而且需要從電機端部引出導線,帶來密封和可靠性問題。故無位置傳感器控制具有重要意義。水下推進無刷直流電機系統(tǒng)一般采用蓄電池供電。受蓄電池輸出電壓限制,本文研究的無刷直流電機具有反電勢低和電流大的特點,運行時續(xù)流時間較長,存在反電勢過零淹沒現(xiàn)象,基于反電勢過零檢測的常規(guī)位置估算方法不能應用。故研究減小續(xù)流時間的方法以及續(xù)流時間較長時的無位置傳感器控制具有重要意義。 首先,基于無刷直流電機系統(tǒng)的動態(tài)電路模型推導了電流的解析表達式,計算和分析了影響續(xù)流導通角的因素,研究了減小續(xù)流導通角的方法。為了精確計算續(xù)流導通角,對三相六態(tài)驅(qū)動方式下的動態(tài)電路拓撲結(jié)構分析,推導了續(xù)流狀態(tài)和兩相導通狀態(tài)下的電流解析表達式,獲得了求解續(xù)流導通角的方程。結(jié)合電流表達式中的參數(shù),分析了影響續(xù)流導通角的主要因素。提出了兩種減小續(xù)流導通角的方法,仿真結(jié)果表明利用改進的變流器拓撲能夠有效減小續(xù)流導通時間。 其次,針對續(xù)流時間較長造成無法直接檢測反電勢過零點的問題,提出了一種基于轉(zhuǎn)子磁鏈模型的磁鏈過零點估算方法。推導的磁鏈計算模型中采用了以虛擬中點(由電阻網(wǎng)絡構造)為參考點的繞組端電壓,無需引出電機中線,而且計算磁鏈中不含三次諧波。分析了利用估算的三相磁鏈過零點控制逆變器的換相邏輯。為了獲得磁鏈模型中的電感參數(shù),利用有限元軟件計算了電機空載時的視在電感。通過Simulink仿真對本文提出的無位置傳感器控制方法進行了驗證。 第三,結(jié)合轉(zhuǎn)子磁鏈的實際計算過程,研究了磁鏈過零點的估算誤差。對磁鏈計算誤差的數(shù)學模型進行了分析,結(jié)果表明電機電感變化是造成磁鏈計算誤差的主要原因。結(jié)合電機電樞反應磁場的空間分布,分析了各電感分量受飽和影響的程度。針對本文研究的樣機,利用Flux-Simulink聯(lián)合仿真研究了電感誤差對磁鏈過零點估算的影響。 最后,設計并實現(xiàn)了基于轉(zhuǎn)子磁鏈過零點估算的無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)。通過合理選擇電壓電流傳感器、驅(qū)動模塊和數(shù)字控制芯片,搭建了硬件系統(tǒng)。推導了磁鏈計算模型的離散化形式,設計了以實際電機轉(zhuǎn)速為參數(shù)的濾波環(huán)節(jié),利用加權平均思想設計了動態(tài)響應較快的平均值測速模塊。實驗結(jié)果證明了本文提出的無位置傳感器控制方法的有效性。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM33
【目錄】：

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本文編號：177239