無刷直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法及其仿真
李玉忍，陳志磊
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：介紹了一種適合于負(fù)載情況下，基于DSP的三相導(dǎo)通升頻升壓同步無傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，證明該方法在無刷直流電動(dòng)機(jī)帶載情況下，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)穩(wěn)定和可靠，系統(tǒng)運(yùn)行性能良好。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動(dòng)機(jī)；無傳感器；三相導(dǎo)通升頻升壓起動(dòng)；仿真
中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)06—0016—03
0前言
無傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一直是工程領(lǐng)域的難題，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的獲取方法有多種，而通過反電動(dòng)勢(shì)獲取轉(zhuǎn)子位置信息是最簡(jiǎn)便易行的。但是無刷直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，因無法檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)，致使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)往往失敗。這里介紹由DSP控制的三相導(dǎo)通升頻升壓同步起動(dòng)法，可以較好地解決這一問題[1-2]。
1三相導(dǎo)通升頻升壓同步起動(dòng)法
三相導(dǎo)通是在兩相導(dǎo)通的方式下增加一個(gè)導(dǎo)通相來提高電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩。通常無刷直流電動(dòng)機(jī)工作在120。電角度方式，這種方式下提供的輸出轉(zhuǎn)矩有限，當(dāng)電機(jī)重載或過載起動(dòng)時(shí)，可能會(huì)因無法提供足夠的輸出轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)負(fù)載，而導(dǎo)致電機(jī)起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，增大損耗。為了解決這一問題，可以采用增大導(dǎo)通角的方法來實(shí)現(xiàn)三相同時(shí)導(dǎo)通，從而增加轉(zhuǎn)矩的輸出。其實(shí)現(xiàn)原理如下：
如圖1所示，如果采用120。PWM方式，即每隔60。電角度換相一次，每個(gè)功率管的通電角度為120。，各功率管的導(dǎo)通順序?yàn)镚lG2，G2G3，G3G4,G4G5，G5G6，G6G1。當(dāng)功率管cl和G2導(dǎo)通時(shí)，電流從G1流經(jīng)a相繞組，再經(jīng)過c相繞組和G2，最后回到電源。以流人繞組電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正方向，可得合成轉(zhuǎn)矩為√3T0。其余各功率管換相導(dǎo)通時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩大小仍為√3T0，只是方向依次旋轉(zhuǎn)60。。若將各相通電相位提前為0。～30。之間，通電角度擴(kuò)大到120。～180。之間時(shí)，無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和輸出功率都會(huì)提高。
 無刷直流電動(dòng)機(jī)在120。通電輸出不足的情況下，為了增加輸出，可采用通電相位提前30。，通電角度120。+2×30。PWM方式。各功率管導(dǎo)通順序?yàn)镚1G2G3， G2G3c4, G3G4G5, G4G5G6,GSG6G1，G6GIG2。當(dāng)0相通電相位提前30。，通電角度擴(kuò)大到180。，亦即GSG6GI導(dǎo)通時(shí)，電流分別經(jīng)過G1、a相繞組和G5、c相繞組(此n、c相繞組并聯(lián)再經(jīng)過b相和G6后流回電源。無刷直流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)近似等效，轉(zhuǎn)矩方程為T=KTφI，若忽略電樞反應(yīng)，則φ為常數(shù)，又因?yàn)閍、c相繞組并聯(lián)，故a、c相繞組電流分別是b相的1/2，可求得合成轉(zhuǎn)矩大小為1．5Tc方向與a相成60。夾角。其余各功率管換相導(dǎo)通時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩大小仍為1．5T0，方向依次旋轉(zhuǎn)60。。120。+2 x30。PwM方式時(shí)總電流，即b相電流為120。PWM方式時(shí)的4/3倍，轉(zhuǎn)矩為120。PwM方式時(shí)的2√3/3倍。無刷直流電動(dòng)機(jī)的繞組電阻和電感都很小，故無刷直流電動(dòng)機(jī)相對(duì)120。PwM方式時(shí)的輸出功率和轉(zhuǎn)速也會(huì)增加。
無傳感器無刷直流電機(jī)通過增大導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)三相同時(shí)導(dǎo)通以增加轉(zhuǎn)矩輸出的同時(shí)，再配合升頻升壓同步起動(dòng)方式來起動(dòng)，克服了通常無刷直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不易檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)的缺點(diǎn)，無傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)能夠大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。升頻升壓同步起動(dòng)的原理是由DsP本身自帶的事件管理器產(chǎn)生PwM波形控制逆變器。首先利用寄存器存放換相時(shí)間，開始令電機(jī)的換相頻率非常小，電機(jī)進(jìn)入同步狀態(tài)，然后采用開環(huán)控制的方式，電機(jī)的換相頻率逐漸增大，這樣就使電機(jī)在同步狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了變頻起動(dòng)。開始給無刷直流電動(dòng)機(jī)的定子一個(gè)很小的電壓值，然后修改比較寄存器的值，使PWM波形的脈沖寬度不斷增大，這樣加在定子端的等效電壓就逐漸增大，從而也就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)定子的逐漸升壓。等到電機(jī)定子上的電壓足夠大時(shí)，即電機(jī)轉(zhuǎn)子達(dá)到一定速度，能使系統(tǒng)檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)就可以適時(shí)地將電機(jī)切換到反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)控制的正常閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，完成電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程[3-4]。
2數(shù)學(xué)模型
在忽略轉(zhuǎn)子影響，認(rèn)為互感是常數(shù)，與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)情況下，由電機(jī)定子繞組 |
