于電流匹配反電勢的無刷直流電機(jī)節(jié)能策略

引言

無刷直流電機(jī)相比于有刷直流電機(jī),利用了位置傳感器來判斷轉(zhuǎn)子的位置,電換相器取代了傳統(tǒng)電刷,既保持了有刷電機(jī)的優(yōu)良特性,同時(shí)也具備有刷電機(jī)所沒有的優(yōu)點(diǎn)[l]。近年來,節(jié)能減排的號召不斷加強(qiáng),而電機(jī)作為能源消耗主力耗能占據(jù)了世界工業(yè)用電量的2/3左右,因此提出一種有效的電機(jī)節(jié)能方案對于節(jié)約能源、減少排放將大有裨益。

1無刷直流電機(jī)工作原理

本文分析的無刷直流電機(jī)均采用星形接法,工作在傳統(tǒng)的兩兩通電方式,其控制系統(tǒng)包含驅(qū)動電路模塊、控制電路模塊、位置傳感器模塊、無刷電機(jī)模塊等結(jié)構(gòu),如圖1所示。

2無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型

2.1電壓方程

定子電壓方程為:

式中,uA、uB、uC為電機(jī)定子相電壓:iA、iB、iC為電機(jī)定子相電流:eA、eB、eC為電機(jī)定子相反電勢:R為電機(jī)相電阻:L為電機(jī)相自感:皿為電機(jī)相間互感。

2.2轉(zhuǎn)矩方程

電磁轉(zhuǎn)矩方程如式(2)所示:

其中,是轉(zhuǎn)矩常數(shù)。

2.3運(yùn)動方程

無刷直流電機(jī)的運(yùn)動方程如下:

式中,7d為電磁轉(zhuǎn)矩:76為負(fù)載轉(zhuǎn)矩:J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量:2為電機(jī)機(jī)械角速度,:BV為黏滯摩擦系數(shù)。

3基于電流匹配反電動勢的節(jié)能策略

三相無刷直流電動機(jī)的電磁功率如式(4)所示:

相電壓和相電流如下:

式中,E和I為電流和電壓各次諧波大小:on為每相電流與電壓諧波相位之差。

為增加電機(jī)的輸出功率,相位和相電流諧波的相電壓應(yīng)該是同步的。否則,兩者的乘積甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)值,并且平均功率不能最大化。因此,令on取零,平均功率計(jì)算公式如式(7)所示:

提高電機(jī)功率還有一個(gè)約束條件就是確保電壓和電流的均方根值不變,且等于額定值,如式(8)所示:

因此,提高電機(jī)功率的最優(yōu)電流波形如下:

式中,g為電流參考增益:eabcm(t)為消除零序諧波的反電勢。

電流諧波與消除零序諧波的反電勢eabcm(l)互相匹配,就使得無刷直流電機(jī)效率得到了提高,從而達(dá)到了節(jié)能效果。

4系統(tǒng)仿真分析

在simulink下建立仿真模型,圖2是在使用電流匹配反電勢控制策略后A相仿真圖。上圖是消除零序諧波的反電動勢波形,下圖是獲得的參考電流波形,該電流可以使得電機(jī)效率提高,達(dá)到節(jié)能效果。由圖可以看出,參考電流和反電動勢相位一致,驗(yàn)證了前述理論分析。

5結(jié)語

本文通過分析無刷直流電機(jī)的輸出功率,提出得到不含零序分量的線反電動勢,進(jìn)而使得電流匹配該反電勢來獲得最優(yōu)參考電流,可以提高電機(jī)效率,達(dá)到節(jié)能效果。仿真結(jié)果表明,該方法是可行的。