基于Buck变换器的高速电机试验

出处：liaozhihua 发布于：2008-10-27 09:10:28

　　介绍的实验对象为磁悬浮控制力矩陀螺用高速永磁无刷直流驱动电机，给出了高速转子驱动系统进行相关的实验。由于磁悬浮控制力矩陀螺是空间飞行器的姿态执行机构，而在太空中的飞行器需要较低的功耗，因此，研究工作为高速永磁无刷直流电机的低功耗控制技术。

　　高速转子系统原采用H_PWM_L_ON控制方式，这样在导通绕组电流中会产生高频跳变电流分量。按照Bertotti分立铁耗计算模型，铁磁材料的损耗可以分为磁滞损耗、经典涡流损耗和异常涡流损耗，如不考虑局部磁滞环则可以写成：

　　在式（⒋26）中，Pfe为铁耗；Ph为磁滞损耗；Pc1为经典涡流损耗；Pex为异常涡流损耗；Kh和α为磁滞损耗系数；f为交变磁场波的频率；Bm为磁场波的幅值；为经典涡流损耗系数，其中σ、d、mv分别为硅钢片的电导率、厚度和密度；B（θ）为硅钢片的磁通密度波；Kcx为异常涡流损耗系数。由于交变磁场波的频率与交变电流成正比，因此可以认为铁磁材料的涡流损耗与交变电流跳变频率成平方关系，磁滞损耗与交变电流跳变频率成正比关系。因为跳变电流会产生跳变磁场，则跳变磁场会在定子、转子中产生大量涡流损耗。消除导通绕组中高频跳变电流主要有两种方式，其一为提高电感值，其二为提高开关管PWM频率。但电机电感值不可改变，所以应在电机接人电路中串人较大电感，并提高开关频率。

　　根据以上的理路，因此新的电机控制系统采用了降压斩波的控制方式。这样原逆变桥只负责电机换向，而不再对电机给定电压进行调制，电机的电压给定值由前向降压斩波电路通过PWM波进行控制。

　　原电机系统采用H_PWM_L_ON的控制方式稳速在30000r／min，其绕组电流波形如图1所示。该控制方式，只对逆变桥导通绕组的上管进行PWM调制，下管恒通，开关频率选择20kHz。