基于一个公共直流信号的无刷直流电动机的电流控制方案
摘要：
本文介绍了一种直流无刷电机的简化电流的控制调制技术。它基于类方波电流的产生仅使用一个电流控制三相。这种方案的优点有：
a)控制电路非常简单；
b)相间电流保持平衡；
c)避免了在扁平板中检测直流连接电流的困难：
d)仅通过一个直流分量控制电流。
这些特点允许使用三角形载波器作为功率晶体管的电流控制方案，相对于其它选择，它更易、更优。使用电子模拟器的计算机仿真( psim)，已显示了这一解决方案的优良特性及其简易性。例如在阶跃响应和反相条件下，使用一个15kw的电动机逆变器系统所做的一些试验显示了它在稳定状态和过渡状态时的****表现。
关键词：电机换流系统，功率晶体管，psim.
1 引言
在电力牵引及其它一些应用中，需要电动机有一个宽范围的速度和转矩控制。直流电机能满足这些需要，但这些电机需要周期性的维护。交流电机像感应电动机、永磁无刷电动机没有电刷和换向器，它们的转子由于不存在电机换向器或者滑环而很牢靠。这就意味着只需要很少的维护。这也提高了功率／重量比及效率。连续控制得到了长足的发展，它给电力牵引设备[1]、[2]提供了很高的动态表现。然而这种拉制类型很复杂。对电力牵引设备的控制，在硬件上，永磁无刷电机的发展使得它有了一个很大的简化[3l-[5j。时下，用于电力牵引设备的两种永磁无刷电动机最流行：
(1)用正弦波电流驱动的永磁同步电动机(pmsm)
(2)用类方波电流驱动的永磁直流电动机(bldcm)
这两种设计消除了转予铜损耗，和传统的感应电动机相比，能得到很高的峰值效率（20到l00kw的钕铁硼电动机在百分之95）。面且，psm及bldcm的功率／重量比高于相应的鼠笼式感应电机。上述特点及高可靠的控制使得这一类型电机成为为电气机车应用中的一个强有力的牵引系统[6]。
本文介绍的这种研究用来给出一个简易及高效的调整控制系统，它会给出很好的电流波形。为了实现这些目标，基于以下优点选择了bldcm:
(l)类方波电枢电流主要由通过它们的****幅值决定，它直接控制电机的转矩；
(2)轴的位置传感系统仅需要输出六个数字信号来控制逆变器的晶体管；
(3)由于晶体管本身存在的延迟时间，逆变器性能很可靠。
第一个特点允许设计一个电路仅用来控制一个直流分量，它代表了梯形方波电流的****幅值imax。第二及第三个特点允许减少其它电机所需的复杂电路，允许自同步过程来操纵电机。控制用于牵引设备的bldcm的最流行的方法是通过电压源电流控制的逆变器。逆变器必须提供一个类方波电流，它的****值imax和电机轴的输出转矩成正比[7]。然后，通过控制相流，转矩和转速都能得到调整。有两种方法控铷bldcm的相电流：
(1)通过对相电流的检测，相电流通过比较使它跟随一个类方波形模板
(2)通过对直流连接电流的检测，赢流连接电流用来得到相电流的****值imax
在第一静情况下，控制是复杂的，因为它需要产生三相类方波形电流模板，各相相差120度而且，三相电流模板很难跟随电机电流，因为引入了相位移动和延迟[8]。在第二种情况下，很难检测直流电流，因为在功率逆变器中的晶体管和直流电容的连接是用扁平板做的，用来减少漏感。因而，很难连接一个电流传感器。为避免这些缺点，本文中等效的直流电流是通过检测电枢电流得到的。这些电流被整流，从而获得了对应于原始的相电流的最少值，的一个直流分量。然后这一直流分量被用来驱动bldcm。这一方案的优点有：
(1)定子电流完全由它们的****幅值决定
(2)三相都由同一个直流分量控制，因而相电流定被保持在完全相同的****幅值imax上
(3)不需要检测直流连接电流
这些特点允许采用三角形载波器作为功率晶体管的电流控制方案，这比其它调制方法容易待多、精确得多。
2建议的控制系统
建议的控制方案系统如图1所示。系统的运行过程如下：电动机是无刷直流类型，电枢电流的波形是类方波的。这些电流通过电流检测器检测到，并转 |
