机械网--缝纫机控制器用无刷直流电机转矩脉动的研究
摘要:对永磁无刷直流电机的转矩脉动的产生机理进行了分析,并根据缝纫机控制器的特点,研究了缝纫机停机进程的换相转矩脉动情况。提出了利用堆叠换相和定子电流定频采样相结合的办法,来抑制转矩脉动,并给出了实验结果。关键词:缝纫机;停机精度;无刷直流电机;转矩脉动 引言工业缝纫机作为1种机电1体化没备,动力驱动系统是其技术的核心之1城市房屋拆迁管理条例,采取无刷直流电机的缝纫机控制器与之前的产品相比,在性能上具有很大优势。本文将针对无刷直流电机转矩脉动带来的1些问题进行分析。永磁无刷直流电机由丁其无换向火花,运行可靠,保护方便,结构简单,无励磁消耗等众多优点,在很多场合得到越来越广泛的利用。1、无刷直流电机的转矩特性无刷直流电机的等效电路如图l所示。转矩特性是电动机性能的重要指标,其中最重要的是平均转矩和转矩的安稳性。无刷直流电机的平均转矩比1般的电机高,但是无刷直流电机存在转矩脉动问题,这是影响无刷直流电机的利用的1个主要缘由。
引发无刷直流电机的电磁转矩脉动的主要缘由有3种:齿槽转矩脉动、因非理想反电动势引发的转矩脉动和换相转矩脉动。其中前2者的产生跟电机的制造工艺或转子磁钢充磁不理想有关,可以通过对电机本体的改造加以抑制。2、换相转矩脉动的理论分析设换相期间,电机速度1定,电机反电动势为理想梯形波形(平顶宽度为120°),并认为换相期间各相绕组上的反电动势幅值不变。以电流从B相换流到C相(上桥臂换相)农村宅基地被强拆怎么起诉,A相为非换相绕组的换相进程为例分析。换相前S1和S6导通,电流从A及B两相绕组中通过;换相后是S1和S2导通,S6关断,A及C两相通电,B相绕组中的电流通过2极管向上续流。以直流电压的中点为参考点,可以写出换相期间3相电压平衡方程:
式中:Vsa=(Sa⑴/2)Vdc,Vse=(Sc⑴/2)Vdc,分别表示A和C相绕组对参考点N0之间的电压,Sa和Sc为开关量,例如Sa=1表示S1开通,S4关断;Sa=O表示S1关断,S3开通。Vsa=(Sa⑴/2)Vdc为A相绕组对参考点N0之间的电压;Vsc=(Sc⑴/2)Vdc为C相绕组对参考点N0的电压,VNN0为电机的中点对参考点之间的电压。考虑到3相Y接法的电机中有:ia+ib+ic=0,由式(1)的电压平衡方程可得
与绕组的时间常数L/R相比,可以认为PWM的周期足够小,则,忽视3相绕组的电阻的影响,则有
式中:Ka,Kb,Kc是为了表示的方便引入的变量。解这个常微分方程,有
换相期间的转矩包括两部分,前面1部分为稳态分量,后面1部分就是换相引发的脉动分量由此可知,换相引发的转矩脉动与电机绕组的参数,换相期间3相反电动势的变化规律,电机的运行速度及直流电压,调制方法都有关系。根据前面的假定,3相反电动势的波形为理想的梯形波,则有
可得理想反电动势波形条件下换相引发的转矩脉动为
3、转矩脉动的抑制本文针对的是1种缝纫机控制器用的无刷直流电机,由于缝纠机的特点,要求电机停机时.具有较高的停机精度,由于停机位置的准确与否,直接关系到缝纫机整机性能和同行对该机的整体评价。在控制器设计中拆迁评估不服怎么办,在施加制动力矩之前,电机已在预定的最低速度下正转,而电机驱动系统的负载在停机进程中可以近似认为是不变的而且每次都是-样,在这类情况下,认为每次停机时,所施加的制动力矩的延续时间和幅值都是恒定的,即认为每次停机时所施加的制动力矩的平均功率都是恒定的。通过调理该平均制动功率,保证电机准确停在指定位置:1旦该制动功率参数调解好以后,在以后每次停机进程中,将1样的规则施加平均制动功率就可以够保证较准确的停机位置。但是,在实际调试驱动系统的进程中,发现电机在施加制动力矩期间,如果产生换相,则会影响到停机精度。这是由于换相使预定的平均制动力矩被改变,从而使得停机精度遭到影响。因此,我们必须对停机时有换相的这类情况进行转矩脉动的抑制。首先介绍1种滞后换相(堆叠换相)的方法,即关断相延迟关断1段时间,用以补偿换相电流。为了能够在延迟关断期间在直流母线上反应出非换相相的电流(总电流),在换相期间采取关断相和非换相相同步PWM调制而开通相恒通的措施,如图2所示。
由图2可以看出,如果仅仅采取堆叠换相法,由于堆叠换相的时间较难肯定,并且影响转矩脉动的因素很多,因此转矩脉动抑制效果不理想。为了不常规堆叠换相法的缺点,得到更好的电流调理性能,文献引入了定子电流定频采样电流调理技术,从而构成了电流定频采样和堆叠换相技术相结合的电流控制方法,如图3所示。也就是本文采用的转矩脉动抑制方法。
在这类方法中,不象常规的滞后堆叠换相法那样只在换相开始时刻使关断相延长导通1个时间间隔;而是在全部换相期间,在电流采样点根据电流反馈信号对关断相进行凋制。如图3所示,在A相电流波动大于设定正阀值时关断C相,使电流减小:在A相电流波动小于设定负阀值时开通C相,使电流增加。仿真实验证明,在电流采样频率为200 kHz时,与常规的堆叠换相相比,转矩脉动系数从43%减小到了23%。4、实验结果根据所开发的高速平缝机无刷电机驱动系统的停机情况,进行了1系列实验。得到的实验结果如图4和图5所示。两图中最下部的曲线为上部波形的放大细节,为直流母线电流波形。
从图4和图5看出,制动期间,采取了1定的换相补偿以后,直流母线电流的瞬间跌落程度得以补偿,与没有换相产生时的直流母线电流(图略)的功率近似相等,从而保证了适当的反向力矩,使停机精度在运行范围之内。值得指出的是,在下桥臂换相期间,直流母线出现负电流,但是在补偿中行没有采取负电流消除措施,这是由于通过关断相的延迟导通,所补偿得到的反向力矩已可以保证停机精度在运行的范围之内,因此没有进步采取补偿措施。5、结语本文以高速平缝机无刷直流电机驱动系统为例,主要讨论了在制动进程中换相转矩脉动对电机停机精度的影响,并根据实际情况提出了电流定频采样和堆叠换相技术相结合的换相电流补偿方法来减小换相转矩脉动对停机精度的影响。所设计的系统和采取的补偿方法,经过实际系统的运行验证,表明能够很好地满足使用要求,系统的技术精度要求也在规定的范围之内。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章
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