前置电流型两象限斩波器的无刷直流电机控制器研究
徐蕾，马瑞卿，李虚怀，曹涛
(西北工业大学自动化学院，西安710072)
摘要：研究了基于前置电流型两象限斩波器的无刷直流电机控制方法。介绍了电路的硬件结构，分析了利用该方法抑制电机的电流和转矩波动，改善电机制动特性的原理。在matlab/simulink环境下建立了控制系统的仿真模型，给出了仿真结果并与传统结构下的仿真结果进行了对比。结果表明，电流型两象限斩波器能够明显减少无刷直流电机电流和转矩波动，改善电机制动特性。
关键词：无刷直流电机；斩波器；电流波动；仿真模型
中图分类号：tm36+1 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)02-0062-04
0引 言
本文对无刷直流电机电流波动进行了详细的分析。提出采用前置电流型两象限斩波器的方法减少电机电流和转矩波动，同时改善电机制动特性。
在matlab/simulink坏境下建立了电流型两象限斩波器的仿真模型并将其应用于无刷直流电机控制系统。通过与传统方式下仿真结果的对比，证明了通过前嚣电流型两象限斩波器能够有效抑制无刷直流电机转矩和电流波动，同时改善电机制动性能。
1主电路结构
采用前置电流型两象限斩波器的无刷直流电机控制系统主电路结构如图1所示。主电路由电流型两象限斩波器和三相全桥逆变器组成。
传统的三相全桥逆变器在工作时，六个功率开关管全部（双极性调制）或部分（单极性调制）工作在pwm状态。而图l所示系统中，功率开关管tl~ t6工作在120度导通方式下，其开通和关断由控制器根据位置传感器信号确定。功率开关管t7和t8工作在互补pwm状态。由于tl~ t6工作在低频状态，开关损耗大大减小。电机起动时，以t7、d7为主，构成降压型斩波电路，实现电机调压调速。制动时，以t8、d8为主，它们与l构成boost电路，使电机能量回馈电源。二极管d9主要用于换相保护，防止逆变器功率管关断时电感电流无续流回路而产生大的损坏功率管。
2电流波动分析
当电机运行在电动状态下时．忽略功率管导通压降，则等效电路如图2所示。当t7导通时，电源向电机供电，电路中电流上升；当t7关断时，电流通过二极管d7续流。为了使负载电流连续且波动小，通常l较大。如果斩波器中的电感l较小，负载电流可能出现断续。一般不希望出现电[3]断续的情况，所以本文只讨论电流连续的情况。电流连续时的电流波形如图3所示。
忽略功率开关管和二极管的导通压降，当17处于开通状态时，回路电压平衡方程为：
式中，ud为电源电压(v)；id为电机电流(a)；l为斩波器电感(h)；r为电机每相绕组电阻(ω)；lc为电机每相绕组电感(h)；m为电机每相绕组互感(h)。
设这一阶段电流初始值为i20，解上式可得：
当t7处于关断状态时，同路的电压平衡方程为：
设这一阶段的初始电流为ki20则解主式可得：
当电路处于稳态时，可认为：
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