无刷电机的相电流重构同步整流控制研究_张泉.pdf
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1、第 50 卷第 1 期农业工程与装备2023 年 2 月Vol.50No.1AGRICULTURAL ENGINEERINGAND EQUIPMENTFeb.2023无刷电机的相电流重构同步整流控制研究张泉1,2,白继刚1,2(1.包头长安永磁电机有限公司,内蒙古 包头 014030;2.内蒙古自治区先进永磁电机及其控制技术企业重点实验室,内蒙古 包头 014030)摘要:目前,大部分水下推进器所使用的无刷直流电机存在体积较大、整机笨重、作业范围小等缺陷。通过分析电机设备的换流特性,提出了母线电流的相电整流控制重构方案,经过仿真试验可知,运用该方案进行电机相电流控制优化,能大幅减少电机传感器数
2、量,缩减电机体积,可使电机性能更加符合现代化作业需求。关键词:直流电机;电力重构;整流控制中图分类号:TM351文献标志码:A文章编号:20968736(2023)01003604Research on the phase current reconstruction synchronousrectification control of brushless motorZHANG Quan1,2,BAI Jigang1,2(1.Baotou Changan Permanent Magnet Machine Co.Ltd,Baotou,Nei Monggol 014030,China;2.Inn
3、er Mongolia Enerprise Key Laboratory of Advanced Permanent Magnet Machine&Its Control Technology,Baotou,Nei Monggol 014030,China)【Abstract】At present,most of the brushless DC motors used in underwater thrusters have defects such as large volume,bulky overall structure,and small operating range.By an
4、alyzing the commutation characteristics of motor equipment,aphase current rectification control reconstruction scheme is proposed for bus current.Through simulation experiments,itcan be seen that the optimization of motor phase current control by using this scheme can significantly reduce the number
5、of motor sensors and motor volume,and make motor performance more in line with modern operation requirements.【Keywords】DC motor;power reconfiguration;rectifier control直流无刷电机运行时,三相功率桥在控制器当中会产生一定的电感反应,当电流大幅度变化时,很容易导致电机 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)中的二极管发生故障,需要通过在系统当中加入电容以提升电机运行的可靠性。本文所研究的水下推进电机为三相桥臂均配备电容的类型,
6、控制器采用拓扑结构,能够通过在电源与母线电容间安装的传感器实现对电流的检测,并根据整流特征实现对闭环整流的控制,具备较高的实用性。基金项目:内蒙古自治区“科技兴蒙”项目(XM2020BT09)。作者简介:张泉(1986),男,工程师,主要研究方向为稀土永磁电机工艺。1同步整流同步整流是指采用通态电阻极低的专用电机MOSFET,降低整流损耗的一种技术。由于电机MOSFET 中的二极管等设备在使用过程中容易因电流变化而发生故障,进而影响电机整体的使用寿命,因此在对电机进行同步整流优化时,需要确保其闭环当中的栅极电压和作为整流对象的电压处于同步状态。本文所研究的水下推进电机,按照 MOSFET设备对
7、功率回路以及同步整流型斩波控制器的运行需求,共设置从 V1到 V6的 6 个组成构件;R 为相电阻构件,R1为对应的线路电阻构件;L 为绕组电感构件,L1为对应的寄生电感部分;C 和 Resr为第 50 卷第 1 期张泉等无刷电机的相电流重构同步整流控制研究37功率桥母线的电容集中等效;UDC为电源,将传感器置于电源与母线电容之间,可实现对电流的检测。系统运行过程中,转子需要按照运转周期完成换相,在采用同步整流技术的情况下,系统的斩波可依照设计要求执行正向导通控制绕组,并在控制PMW 的过程中处于互补状态。而在负向导通的过程中,斩波可通过绕组与桥臂进行连接,能够保持恒导通状态。2换流特性分析2
8、.1换流类型在电机实际运行过程中,进行换流操作的目的是为了有效控制电流,换流主要有以下 3 个类型。(1)基于电源的换流。通过交流电网直接进行系统换流。(2)通过系统设备负载换流。通过系统当中电容等负载端产生的电压,以满足换流的电压要求。(3)自主性换流。换流过程与主系统隔离,通过在系统当中加入对应的换流器件实现换流。2.2特性分析电机在一个电角度周期内,可基于转子所处的位置利用开闭管完成同步整流。根据电机在这一过程中的两个状态,对无刷直流电机的换流特性展开分析。(1)处于第一状态时,系统当中的 A/B 两相处于导通状态,在绕组电感对状态切换的影响下,能够确保 C 相不会发生突变。设定:T 为
9、第一状态持续的时间、t1为三相导通的时间、i 为相电流、Uab为线电压、D 为 PMW 占空比在 V1状态的数值、K1为比例系数。则 0 到 t1时间段内的区间方程为:(1)C 相的电流归零后,三相导通变为两相导通,此时的电回路状态转变为第一状态的两相导通。此时 t1到 T 的区间方程转变为:(2)(2)进入第二状态后,初始的导通相为 A/C,三相导通。设定:t2为三相导通的时间、Uac为线电压,T 到(T+t2)的区间方程为:(3)B 相的电流归零后,三相导通变为两相导通,此时的电回路状态转变为三相相通的第二状态。此时(T+t2)到 T 的区间方程转变为:(4)运用上述公式进行计算,设定参数
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