论文部分内容阅读
摘要：配网巡检装置中广泛使用先进的无刷直流电机作为驱动系统。巡检工作人员需要了解无刷直流电机运行原理和驱动性能才能使其更好发挥最佳效果。本文从无刷直流电机数学模型入手分析相电流与换相信号对应关系，分析出换相信号超前、滞后都会使相电流发生畸变，影响无刷直流电机运行性能。本文对系统进行仿真和实验研究验证这一结论正确性。
关键词：换相信号；无刷直流电机；相电流；超前；滞后
0 引言
无刷直流电机在配电网巡检设备中得到广泛应用，它的应用不但提高配网巡检设备的自动化水平，还保障巡视人员接近带电体时的安全性。无刷直流电机通过位置传感器给出转子位置信号，结合六个换相状态控制三相相序通断实现正常运转。其运转时反电动势为梯形波，只有当换相信号与相应相绕组反电动势保持相位一致时，无刷直流电机在单位电流内输出的转矩才能最大，转矩脉动才能最小[1～3]。能够提供给无刷直流电机控制系统准确的换相信号是实现无刷直流电机稳定运行的关键环节。在工程实际中，调试人员需要进行大量试验才能把位置传感器安装到合适换相位置，因此，能够了解换相信号与反电动势之间关系，把位置传感器调整到最佳位置实现无刷直流电机巡检过程中高效、平稳运行具有较高工程意义和实用价值。
1 无刷直流电机数学模型
无刷直流电机相电流与反电动势应该具有一一对应的相位关系[4]。当反电动势达到正相或负相最大值时，位置传感器输出应该发生跳变；如果信号发生跳变的时刻超前或滞后，应该导通的功率开关器件没有导通，不应该导通功率开关器件导通，根据超前、滞后偏移的程度相电流波形就会发生相应的畸变。为了获得换相信号与反电动势最佳位置对应关系，使无刷直流电机能够高效率、低损耗的运行，我们需要对无刷直流电机运行方式和换相原理进行分析。
对于采用星型联结绕组，三相六个状态120°两两通电方式的无刷直流电机，假设其三相绕组对称，其等效电路及驱动主电路。
换相信号彼此间相差120°的电角度。如图2所示，最佳换相时，换相信号发生跳变，反电动势e达到正或负的最大值，相电流实现平稳的换流。
当实际的换相位置信号超前最佳换相信号 角度，即超前 角度换相时，反电动势、及换相信号A、换相信号B的波形如图3所示。
在120°? 处，换相信号A由低电平跳变为高电平，电机相绕组由C相、B相导通切换到A相、B相。在240°? 处，换相信号B由低电平跳变为高电平，电机相绕组由A相、C相导通切换到B相、C相。
2 仿真研究
基于以上原理，采用Matlab/Simulink建立无刷直流电机控制系统。系统中定子的相电阻R=0.16?，定子电感 Ls=0.072mH，电机的极对数为2。图5和图6分别为相位超前和校正后的C相电流波形，图7为最佳换相时的C相电流波形。
对超前、滞后系统换相信号进行相位校正后，获得理想相电流波形。通过数值看出最佳换相相电流为0.5A左右；当换相信号超前、滞后时换相时刻出现大幅的冲击电流，达到最大值7A左右，這么大的冲击电流很可能损坏开关器件，严重时发生换相失败。
3 实验结果
实验采用基于DSPIC30F4011为核心的无刷直流电机控制实验装置，试验的永磁无刷直流电机参数为：额定功率1kW，输入电压26V，额定转速7600r/min，极对数2，额定电流60A，实验中载波频率为20kHz。
4 结语
本文对无刷直流电机换相相位与相电流之间关系进行分析，分析出当换相信号发生超前或滞后时，根据超前、滞后偏移程度电流波形也会发生相应的畸变。通过仿真和试验的验证，分析结果与实际一致。本文通过研究无刷直流电机换相信号与相电流之间的关系可以帮助无刷直流电机应用人员更好的了解无刷直流电机性能，减小由于应用不当而使无刷直流电机损耗增加，设备过早老化受损。
参考文献：
[1] 王晋，陶桂林，周理兵等.基于换相过程分析的无刷直流电机机械特性的研究[J].中国电机工程学报，2005，25（14）：141-145.
[2] 刘和平，刘平等.永磁无刷直流电动机换相过程分析[J].微电机.2008（10）：10-13.
[3] 李优新.无刷电机电枢反应磁势对最佳换向位置的影响分析[J].微特电机，2000，（3）：36-39.
[4] Dong-Myung Lee，Woo-Cheol Lee..Analysis of Relationship Between Abnormal Current and Position Detection Error in Sensorless Controller for Interior Permanent-Magnet Brushless DC Motors[J] IEEE Transactions on Magnetics，2008， 44（8）：2074 – 2081.
[5] Lin Mingyao，Li Qiang，Gu Weigang.Effect of Rotor Position Error on Commutation in Sensorless BLDC Motor Drives[C].Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines and Systems，2005.497-499.
[6] Shen J X，Tseng K J.Analyses and compensation of rotor position detection error in sensorless PM brushless DC motor drives[C].IEEE Transactions on Energy Conversion，2003，12（22）：87-93.
[7] 李仁定，等.电机的微机控制[M] .北京：机械工业出版社，1999.
作者简介：
姜志超，男，工程师，主要从事配电网运维检修与设备技术改造工作，[email protected]，
关键词：换相信号；无刷直流电机；相电流；超前；滞后
0 引言
无刷直流电机在配电网巡检设备中得到广泛应用，它的应用不但提高配网巡检设备的自动化水平，还保障巡视人员接近带电体时的安全性。无刷直流电机通过位置传感器给出转子位置信号，结合六个换相状态控制三相相序通断实现正常运转。其运转时反电动势为梯形波，只有当换相信号与相应相绕组反电动势保持相位一致时，无刷直流电机在单位电流内输出的转矩才能最大，转矩脉动才能最小[1～3]。能够提供给无刷直流电机控制系统准确的换相信号是实现无刷直流电机稳定运行的关键环节。在工程实际中，调试人员需要进行大量试验才能把位置传感器安装到合适换相位置，因此，能够了解换相信号与反电动势之间关系，把位置传感器调整到最佳位置实现无刷直流电机巡检过程中高效、平稳运行具有较高工程意义和实用价值。
1 无刷直流电机数学模型
无刷直流电机相电流与反电动势应该具有一一对应的相位关系[4]。当反电动势达到正相或负相最大值时，位置传感器输出应该发生跳变；如果信号发生跳变的时刻超前或滞后，应该导通的功率开关器件没有导通，不应该导通功率开关器件导通，根据超前、滞后偏移的程度相电流波形就会发生相应的畸变。为了获得换相信号与反电动势最佳位置对应关系，使无刷直流电机能够高效率、低损耗的运行，我们需要对无刷直流电机运行方式和换相原理进行分析。
对于采用星型联结绕组，三相六个状态120°两两通电方式的无刷直流电机，假设其三相绕组对称，其等效电路及驱动主电路。
换相信号彼此间相差120°的电角度。如图2所示，最佳换相时，换相信号发生跳变，反电动势e达到正或负的最大值，相电流实现平稳的换流。
当实际的换相位置信号超前最佳换相信号 角度，即超前 角度换相时，反电动势、及换相信号A、换相信号B的波形如图3所示。
在120°? 处，换相信号A由低电平跳变为高电平，电机相绕组由C相、B相导通切换到A相、B相。在240°? 处，换相信号B由低电平跳变为高电平，电机相绕组由A相、C相导通切换到B相、C相。
2 仿真研究
基于以上原理，采用Matlab/Simulink建立无刷直流电机控制系统。系统中定子的相电阻R=0.16?，定子电感 Ls=0.072mH，电机的极对数为2。图5和图6分别为相位超前和校正后的C相电流波形，图7为最佳换相时的C相电流波形。
对超前、滞后系统换相信号进行相位校正后，获得理想相电流波形。通过数值看出最佳换相相电流为0.5A左右；当换相信号超前、滞后时换相时刻出现大幅的冲击电流，达到最大值7A左右，這么大的冲击电流很可能损坏开关器件，严重时发生换相失败。
3 实验结果
实验采用基于DSPIC30F4011为核心的无刷直流电机控制实验装置，试验的永磁无刷直流电机参数为：额定功率1kW，输入电压26V，额定转速7600r/min，极对数2，额定电流60A，实验中载波频率为20kHz。
4 结语
本文对无刷直流电机换相相位与相电流之间关系进行分析，分析出当换相信号发生超前或滞后时，根据超前、滞后偏移程度电流波形也会发生相应的畸变。通过仿真和试验的验证，分析结果与实际一致。本文通过研究无刷直流电机换相信号与相电流之间的关系可以帮助无刷直流电机应用人员更好的了解无刷直流电机性能，减小由于应用不当而使无刷直流电机损耗增加，设备过早老化受损。
参考文献：
[1] 王晋，陶桂林，周理兵等.基于换相过程分析的无刷直流电机机械特性的研究[J].中国电机工程学报，2005，25（14）：141-145.
[2] 刘和平，刘平等.永磁无刷直流电动机换相过程分析[J].微电机.2008（10）：10-13.
[3] 李优新.无刷电机电枢反应磁势对最佳换向位置的影响分析[J].微特电机，2000，（3）：36-39.
[4] Dong-Myung Lee，Woo-Cheol Lee..Analysis of Relationship Between Abnormal Current and Position Detection Error in Sensorless Controller for Interior Permanent-Magnet Brushless DC Motors[J] IEEE Transactions on Magnetics，2008， 44（8）：2074 – 2081.
[5] Lin Mingyao，Li Qiang，Gu Weigang.Effect of Rotor Position Error on Commutation in Sensorless BLDC Motor Drives[C].Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines and Systems，2005.497-499.
[6] Shen J X，Tseng K J.Analyses and compensation of rotor position detection error in sensorless PM brushless DC motor drives[C].IEEE Transactions on Energy Conversion，2003，12（22）：87-93.
[7] 李仁定，等.电机的微机控制[M] .北京：机械工业出版社，1999.
作者简介：
姜志超，男，工程师，主要从事配电网运维检修与设备技术改造工作，[email protected]，