减少转矩脉动的广角波控制方法的无刷直流电动机

毕业设计论文外文资料翻译 专专 业业 自 动 化 姓姓 名名 陈 杨 班班 级级 07 自 Y 指导教师指导教师 张 永 春 减少转矩脉动的广角波控制方法的无刷直流电动机减少转矩脉动的广角波控制方法的无刷直流电动机 吴春花 吴春华 陈国成 陈国呈 孙成波 孙承波 上海重点实验室 电站自动化技术 上海大学 上海 200072 中国 摘要摘要 为了处理由转矩脉动无刷直流 BLDG 电机传统控制方法所造成的问题 以及实现高精度 稳定性好 一种新的控制策略的建议 相对于传统的控制方 案 目前通过把三相电压作为控制目标相电压和相电流波形进行半正弦波整流 无刷直流电动机转矩脉动从原来的 14 下降至 3 4 而扭矩上升为 3 8 此外 通过非导电相 反电动势 的过零检测 实现无传感器控制 新的控制 策略很简单 它可以最大限度地减少转矩脉动 提高扭矩 实现无刷直流电机 无传感器控制 仿真和实验表明通过使用新的控制方法可以提高无刷直流电机 的性能 关键词关键词 广角波控制 无刷直流电机 转矩脉动 无传感器 1 引言引言 有些无刷直流 BLDC 电机用于家庭电器 例如空调器生产使用具有正弦波反 电动势 EMF 的永磁电机而不是一般梯形波反电动势的永磁电机 为了减少这些 电机转矩脉动 变频器采用了高频方波来等效正弦波 不过 对于传统的正弦电流驱 动方法 包括三相电流跟踪控制 矢量控制 直接转矩控制 空间矢量脉宽修 改 SVPWM 的 控制 复杂的控制算法实现 获得转子位置信号的一个先决 条件是有位置传感器 由于降低了系统的可靠性及网络附加组件 这些传感器将 增加汽车的成本和尺寸 增加转动惯量影响系统的动态和静态特性 在一些特 殊的应用中 这是难以装入汽车上任何位置的传感器 考虑到这些缺点 直流 无刷电机位置传感器不适合应用在高精度和高可靠性的东西上 我们提出了一个新颖的无位置传感器直流无刷电机控制策略 它采用大角度进 行模式 并使用反电动势信号在非导通相间隔采样 实现无传感器位置控制 与传统的 120 导电模式相比 该广角模式进行 如减少转矩脉动 增加扭矩的 优势 此外 通过省略昂贵的位置传感器 降低成本和简化控制算法 仿真和实验结 果表明通过使用新的永磁无刷直流电机性能好 2 对传统模式进行 对传统模式进行 120 分析分析无刷直流电机拓补结构如图 1 所示 图 2 显示了传统的 120 导电模式 对无刷直流电动机反电动势波形为正弦波 从 忽略电枢反应和换相电流力矩的影响来看 每个阶段都有一个 120 的相位彼此 差异矩形电流波形 那么 直流电机的转矩为 1 cos 3 0e tIk ieieie T e m ccbbaa 3030t 是反电动势 是并相电流 是转子角频率 是反电动势系数 cba e ee cb ii a i m e k 是振幅电流 平均扭矩为 0 I 2 00 6 6 av 65 1 cos 3 3 IktdtIkT ee 峰值扭矩为 3 00 232 0 30cos0 cos3IkIkT eePP 转矩的纹波值记为 通常情况下 纹波转矩的定义是在峰值扭矩比和 RF T PP T 平均转矩如下 av T 4 14 100 av T T T PP RF 图 1 直流电机拓补结构 正如在图 2 和式 3 看到由于导电模式 纹波转矩六次基频元件 这是 14 的扭矩 图 2 的 120 导电模式理想的波形图 3 广角模式控制进行分析广角模式控制进行分析 图 3 显示了广泛的方式的角度进行理想波形 由于两个或三个开关的三个阶段之间交 替进行 每个阶段进行了 150 变换 至于 A 相而言 开关 V1 为 5 6 1 期间 6 1 6 1 2 1 2 1 2 3 间隔转过身来 开关打开时 2 3 10 4 3 4 3 4 5 4 5 4 5 6 间隔 VL 和 V4 的过程中都处于 关闭状态 5 6 2 3 区间 当开关 VL 为 ON 时 端电压翻了 5 6 1 6 1 2 1 2 3 区间是 0 866 倍 在 6 1 端电压 由 PWM 控制 1 2 图 3 理想波形广角导电模式 图 4 显示了在不同的时间间隔进行中性点电压 我们忽略了从反电动势中性点 电压的影响 因此 中性点电压时 两个开关的行为是 0 5Ed 见图 4 a 条 当两个开关和一顶底的行为 它是 0 577Ed 参见图 4 b 当一顶开关和 两个底部的行为 它是 0 289Ed 参见图 4 c 在这种情况下 一个 A 相 电压为 5 345315 315285 285255 255225 225195 195165 165135 135105 10575 7545 4515 1515 289 0 50 77 50 50 289 0 0 289 0 50 77 50 50 289 0 0 d d d d d d an d d d d na E E E E E E E E E E UUU a 两个交换机进行两次底部 b 两个顶部和底部的 c 一个顶部 开关行为之一 和交换机进行 图图 4 绘制在不同的时间间隔进行中性点电压绘制在不同的时间间隔进行中性点电压 基于式 5 三相电压如图 3 所示 相电压大约是正弦波 忽略了换相电流 无论是相电流和相电压是准正弦波 因此 通过调整相电压和相电流波形控制 的正弦波约 广角镜头 可实现控制 以下是详细的分析 当扭矩为两个开关 5 6 时 6 cos 3 01e tIkT e 1515t 当扭矩为三个开关 5 6 1 时 0002e 577 0 240sin 155 1 120sin 577 0 sin ItkItkItkT eee 7 60sin 3 0 tIke 4515t 因此 两个区间类型具有相同的扭矩 平均扭矩为 8 0 12 12 713 1 cos 3 6 IktdtkT eeav 峰值扭矩为 9 00 059 0 15cos0 cosk3 IkIT eePP 纹波转矩为 10 4 3 100 av PP RF T T T 正如图 3 采用广角控制 具有 12 倍的基频元件都包含在脉动转矩内 相较于 120 导电模式 由于广角进行控制 增加了扭矩 11 3 8 100 av av avav T TT T 此外 直流无刷电机的脉动转矩由原来的 14 减少至 3 4 只有两个开关同时进行时 每个阶段的反电动势零交叉出现在每一次的间隔中 在一个有 6 个电周期时使用广角控制的时间间隔 因此 通过检测在这 6 个时 段的 6 个零交叉点 才能实现整流 作为一个结果 直流无刷电机无传感器控 制很容易实现 4 仿真和实验结果仿真和实验结果 在模拟和实验中 我们让一个作为 PWM 开关工作 并在关断时保持 2 或 3 开 关导通 图 5 显示了相电流和使用两种控制方法扭矩模拟波形 图 5 a 是相模电流整 流 图 5 b 是力矩控制 图 5 c 是相宽模式的角度来进行整流 图 5 d 是在广角控制力矩 正如上述数字显示在广角控制 相电流使准正弦和 转矩脉动降低 图 6 是在宽相角控制电流实验波形 无传感器控制策略 可实现通过反电动势 零非导通相口岸检测 图 5 模拟波形相电流和转矩使用两种控制方法 图 6 使用广角控制的相电流实验波形 5 结论结论 为了避免现有的如高转矩脉动 可靠性低 精度低的传统电机控制进行了无刷 直流电机控制 这就需要一种新型的宽角度进行控制 新方案是在几个方面优 于传统方法 如减少转矩脉动 提高扭矩 使控制策略简单 此外 通过非导 电相 反电动势 的过零检测 使直流无刷电机无传感器控制得以实现 仿真 和实验表明 新的控制方法可以在高准确度和可靠性的应用 6 考文献考文献 1 WANG Zong pei HAN Guang xian CHEN Zhi CHENG Shu Icang Square wave drive and sine wave drive of BLDCM J Micromotors 2002 36 6 3 6 2 QIU Jian qi SHI Chen wei LIN Rui guan SVPWM control for torque ripple attenuation of PM brushless DC motors J Small and Middle Electric Machine 2003 30 2 27 33 3 ZHANG Chen Theory and Appdicatiora of Brushless DC Motor M Beijing China Machine Press 1996 4 ZHU Ping ping GAO Yan xia ZHOU Yi cheng A new strategy of variable speed control for position sensorless BLDC motor J Power Electronics 2002 36 2 36 38 5 KANG B H KIM C J Mots H S Analysis of torque ripple in BLDG motor with commutation time C IEEE International Symposium on Industrial Electronics Pusan Korea 2001 1044 1048 6 WEI Kun REN Jun jun TENG Fang hua Zhang Zhong chao A novel PWM scheme to eliminate the diode freewheeling in the inactive phase in BLDC motor C The 35th Annual IEEE Power Electronics Specialfists Conference Aachen Germany 2004 2282 2286 7 L