無刷直流電動機起動電流控制策略研究
李偉，竇滿峰
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：在對11 kw稀土永磁無刷直流電動機起動過程研究中，針對起動電流過大，采用斜坡電壓的方法進(jìn)行控制。通過分析得到采用斜坡電壓控制策略時影響起動電流的參數(shù)和電流峰值與斜坡控制時間的關(guān)系，同時提出了電動機的起動效率概念。仿真結(jié)果證實了采用斜坡電壓控制策略能有效的控制起動電流，并且能實現(xiàn)電動機快速起動。
0 引 言
稀土永磁無刷直流電動機起動過程的一個突出問題是起動時沖擊電流大，如果不采取一定的措施，過大的起動沖擊電流將會損壞功率器件，同時使電動機本身受到過大電磁力的沖擊，從而造成電動機內(nèi)部有過熱的危險。通常采用電流負(fù)反饋的控制策略對起動電流進(jìn)行抑制，這種策略是通過檢測電動機的電流，與限定的電流值相比較，從而改變起動過程中的施加電壓，實現(xiàn)抑制無刷直流電動機起動過程過大的起動電流。但是這種控制策略的不足是造成起動過程電流的波動，從而引起轉(zhuǎn)矩的波動。本文提出采用斜坡電壓控制起動電流，分析得到了斜坡控制時間與起動電流峰值的關(guān)系，并通過對研制的H kw稀土永磁無刷直流電動機起動過程進(jìn)行仿真分析，證實采用斜坡電壓可以有效控制起動時的電流，并且實現(xiàn)電動機的快速起動。
1無刷直流電動機的起動
三相繞組對稱的無刷直流電動機，起動時的動態(tài)模型為：
式中：u、i、e、t分別為電動機動態(tài)過程中的電壓、電流、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩的瞬時值；L為電樞電感；R為電樞電阻；t為電磁轉(zhuǎn)矩，包括電動機軸上輸出轉(zhuǎn)矩和恒定阻力轉(zhuǎn)矩；T為輸出轉(zhuǎn)矩；K為電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)；ω為轉(zhuǎn)子機械角速度；J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量；n為轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速。
不考慮飽和時，永磁無刷直流電動機在正常運行中，一般可以認(rèn)為磁通φ不變，故K為一常數(shù)。若令全部初始條件為零，對式(1)～式(4)進(jìn)行拉普拉斯變換，并整理可得到起動時電流為：
三相六狀態(tài)無刷直流電動機兩相繞組通電，起動時電動機轉(zhuǎn)速接近于零，全電壓加在功率晶閘管和兩相繞組上，將產(chǎn)生很大的沖擊電流。
式(5)可化為：
式中：r為電磁時間常數(shù)，τ為機電時間常數(shù)。2斜坡電壓控制起動電流方法原理
2 1直接起動
直接空載起動電流曲線如圖l所示，從圖中可以看出直接起動電流約為額定電流的20倍，必須進(jìn)行抑制。
通過分析，采用斜坡電壓控制方法可以有效地抑制過大的起動電流。
2 2斜波電壓控制策略原理
對于大多數(shù)電機，特別是放大器內(nèi)阻與電樞繞組相串聯(lián)的電機，其τi》τd,τd可忽略不計，式(6)可簡化為：
給電動機加載如圖2所示的斜坡有效電壓：其中：t稱為有效控制時間。
在斜坡控制階段，即：O<t≤tr時：
從式(9)可以看出，起動電流有一個****值
如果選擇tr≥τ1，則指數(shù)部分很快趨于零，電流為一個恒值：
起動電流包括  和負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流,I兩部分，其中前者受斜坡控制時間t，影響。 在t>tr階段：
可以看出：在t>tr時，起動電流成指數(shù)衰減變化，最后達(dá) |
