基于svpwm和電流調(diào)節(jié)控制的無(wú)位置傳感器 bldcm的起動(dòng)控制
孟光偉，李槐樹(shù)，熊浩
（海軍工程大學(xué)電氣工程系，武漢430033）
摘要：針對(duì)無(wú)位置傳感器的永磁無(wú)刷直流電機(jī)的起動(dòng)控制，分析了二二導(dǎo)通三相逆變器的電壓空間矢量pwm控制，提出了具有二二導(dǎo)通的svpwm控制和電流調(diào)節(jié)控制的無(wú)位置傳感器bldcm的起動(dòng)控制，其中電流調(diào)節(jié)控制采用兩點(diǎn)式比較器控制。該起動(dòng)控制方法不但能有效控制起動(dòng)電流大小，而且改善了bldcm開(kāi)環(huán)起動(dòng)性能。通過(guò)仿真比較表明，在保持對(duì)二二導(dǎo)通bldcm電流調(diào)節(jié)控制的基礎(chǔ)上，svpwm起動(dòng)控制比升頻起動(dòng)控制性能更好。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；電壓空間矢量；電流；起動(dòng)；控制
中圖分類(lèi)號(hào)：tm36+li 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)04-0045-04
o引言
對(duì)于有位置傳感器的梯形波永磁無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，順利起動(dòng)是不存在什么問(wèn)題的。但對(duì)于靠反電勢(shì)進(jìn)行位置檢測(cè)的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的起動(dòng)來(lái)說(shuō)，由于靜止以及低速時(shí)很難檢測(cè)到反電勢(shì)信號(hào)，從而使得電機(jī)怎樣順利起動(dòng)成了重要問(wèn)題。目前一般采用的方法是先他控同步式起動(dòng)，使電機(jī)加速到反電勢(shì)可以被檢測(cè)到的速度，然后再利用反電勢(shì)檢測(cè)法切換到自控同步方式。
文獻(xiàn)[1-6]采用三段式起動(dòng)方法，即首先給任意的兩相定子繞組通電一定時(shí)間，轉(zhuǎn)子將被定位在相應(yīng)的位置上，然后離線(xiàn)給出頻率逐漸增高的換相信號(hào)，電機(jī)將被加速，當(dāng)電機(jī)到達(dá)一定轉(zhuǎn)速后切換至自同步運(yùn)行，即無(wú)位置傳感器方式。文獻(xiàn)[7]采用預(yù)定位方式起動(dòng)，省去了變頻升速過(guò)程，起動(dòng)方式比較簡(jiǎn)單，但對(duì)切換時(shí)間要求嚴(yán)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同或帶一定負(fù)載起動(dòng)時(shí)，必須合理調(diào)整電路參數(shù)。文獻(xiàn)[8]采用了升頻升壓同步起動(dòng)方式，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶壓控振蕩器和環(huán)形分配器的起動(dòng)電路，使得控制電路復(fù)雜化；文獻(xiàn)[9]運(yùn)用dsp內(nèi)的事件管理器用軟件方法，實(shí)現(xiàn)升頻升壓起動(dòng)，不必增如外圍設(shè)備，簡(jiǎn)化了硬件電路。文獻(xiàn)[10]提出了控制相電流與起動(dòng)曲線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的起動(dòng)方法，但對(duì)于不同的負(fù)載有不同的起動(dòng)曲線(xiàn)，該辦法適用于固定負(fù)載的場(chǎng)合。文獻(xiàn)[ 11-12]通過(guò)他控恒頻進(jìn)行換相，同時(shí)對(duì)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)連續(xù)n次檢測(cè)到開(kāi)路相的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)后，切換到自控狀態(tài)；文獻(xiàn)[13]運(yùn)用dsp芯片，用軟件算法實(shí)現(xiàn)他控恒頻升壓開(kāi)環(huán)起動(dòng)控制。文獻(xiàn)[ 14-15]描述了短時(shí)檢測(cè)脈沖轉(zhuǎn)子定位起動(dòng)法，其轉(zhuǎn)子定位方法不同于三段式起動(dòng)方法。由于轉(zhuǎn)子永磁體對(duì)帶鐵芯的定子線(xiàn)圈具有增磁或去磁作用，使線(xiàn)圈電感￡減小或增大，轉(zhuǎn)子的位置不同，定子線(xiàn)圈電感的大小不同，當(dāng)對(duì)定子繞組施加固定脈寬題，而且電機(jī)轉(zhuǎn)速的振蕩劇烈程度隨著轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和外施電壓大小而不同。另外，由于無(wú)刷直流電機(jī)的定子磁勢(shì)在空間上表現(xiàn)為步進(jìn)式變化，因此定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子d軸的夾角是不斷變化的，甚至出正、負(fù)交替，導(dǎo)致起動(dòng)過(guò)程是一個(gè)抖動(dòng)上升過(guò)程，起動(dòng)電流波動(dòng)也很大，起動(dòng)過(guò)程參數(shù)整定困難，而且一旦負(fù)載變化，需重新調(diào)整參數(shù)。三段式起動(dòng)和升頻升壓起動(dòng)，都是通過(guò)逐漸調(diào)節(jié)電壓來(lái)間接控制電流，起動(dòng)電流沒(méi)有得到直接有效控制，起動(dòng)性能差。
為解決起動(dòng)過(guò)程的振蕩與抖動(dòng)問(wèn)題，有效限制起動(dòng)電流，改善起動(dòng)性能，避免起動(dòng)過(guò)程的不確定性問(wèn)題�？刹捎秒妷嚎臻g矢量法，將逆變器和電機(jī)看作一個(gè)整體，通過(guò)控制逆變器中6個(gè)功率管的通斷，磁鏈軌跡向著電壓矢量方向移動(dòng)，使電機(jī)定子磁鏈?zhǔn)噶縿?dòng)態(tài)跟蹤給定軌跡，通過(guò)選取合適的電壓矢量，控制定子磁鏈的幅值沿近似于圓形的軌跡旋轉(zhuǎn)，保證電機(jī)起動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)和可靠。由于轉(zhuǎn)子是跟蹤定子磁鏈的，所以通過(guò)控制定子磁鏈旋轉(zhuǎn)的速度，便可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。另一方面，只要調(diào)節(jié)電壓空間零矢量作用時(shí)間，也即改變了電壓空間矢量幅值，就對(duì)定子電流實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)控制，可有效改善無(wú)位置傳感器下的開(kāi)環(huán)起動(dòng)性能。
1基于svpwm和電流調(diào)節(jié)控制的bldcm起動(dòng)
由于元刷直流電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反電動(dòng)勢(shì)以及電流是非正弦的，采用直、交軸坐標(biāo)變換已不是有效的分析方法。假設(shè)三相繞組完全對(duì)稱(chēng)，忽略電機(jī)中的磁滯和渦流損耗，不計(jì)電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁通的影響�？傻萌酂o(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路如圖1所示。
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