无刷直流电动机起动电流控制策略研究
李伟，窦满峰
(西北工业大学，陕西西安710072)
摘要：在对11 kw稀土永磁无刷直流电动机起动过程研究中，针对起动电流过大，采用斜坡电压的方法进行控制。通过分析得到采用斜坡电压控制策略时影响起动电流的参数和电流峰值与斜坡控制时间的关系，同时提出了电动机的起动效率概念。仿真结果证实了采用斜坡电压控制策略能有效的控制起动电流，并且能实现电动机快速起动。
0 引 言
稀土永磁无刷直流电动机起动过程的一个突出问题是起动时冲击电流大，如果不采取一定的措施，过大的起动冲击电流将会损坏功率器件，同时使电动机本身受到过大电磁力的冲击，从而造成电动机内部有过热的危险。通常采用电流负反馈的控制策略对起动电流进行抑制，这种策略是通过检测电动机的电流，与限定的电流值相比较，从而改变起动过程中的施加电压，实现抑制无刷直流电动机起动过程过大的起动电流。但是这种控制策略的不足是造成起动过程电流的波动，从而引起转矩的波动。本文提出采用斜坡电压控制起动电流，分析得到了斜坡控制时间与起动电流峰值的关系，并通过对研制的H kw稀土永磁无刷直流电动机起动过程进行仿真分析，证实采用斜坡电压可以有效控制起动时的电流，并且实现电动机的快速起动。
1无刷直流电动机的起动
三相绕组对称的无刷直流电动机，起动时的动态模型为：
式中：u、i、e、t分别为电动机动态过程中的电压、电流、感应电动势、电磁转矩的瞬时值；L为电枢电感；R为电枢电阻；t为电磁转矩，包括电动机轴上输出转矩和恒定阻力转矩；T为输出转矩；K为电磁转矩系数；ω为转子机械角速度；J为转子转动惯量；n为转子瞬时转速。
不考虑饱和时，永磁无刷直流电动机在正常运行中，一般可以认为磁通φ不变，故K为一常数。若令全部初始条件为零，对式(1)～式(4)进行拉普拉斯变换，并整理可得到起动时电流为：
三相六状态无刷直流电动机两相绕组通电，起动时电动机转速接近于零，全电压加在功率晶闸管和两相绕组上，将产生很大的冲击电流。
式(5)可化为：
式中：r为电磁时间常数，τ为机电时间常数。2斜坡电压控制起动电流方法原理
2 1直接起动
直接空载起动电流曲线如图l所示，从图中可以看出直接起动电流约为额定电流的20倍，必须进行抑制。
通过分析，采用斜坡电压控制方法可以有效地抑制过大的起动电流。
2 2斜波电压控制策略原理
对于大多数电机，特别是放大器内阻与电枢绕组相串联的电机，其τi》τd,τd可忽略不计，式(6)可简化为：
给电动机加载如图2所示的斜坡有效电压：其中：t称为有效控制时间。
在斜坡控制阶段，即：O<t≤tr时：
从式(9)可以看出，起动电流有一个****值
如果选择tr≥τ1，则指数部分很快趋于零，电流为一个恒值：
起动电流包括  和负载稳态电流,I两部分，其中前者受斜坡控制时间t，影响。 在t>tr阶段：
可以看出：在t>tr时，起动电流成指数衰减变化，最后达 |
