基于高頻方波注入永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)研究
發(fā)布時間:2021-04-01 07:25
在交流調(diào)速控制領(lǐng)域,永磁同步電機具有體積小、高功率密度、高可靠性、高運行效率等優(yōu)勢。然而,在一些特殊場合下,由于位置傳感器的局限性,永磁同步電機無位置控制技術(shù)成為了當下的一個研究熱點。本文以內(nèi)埋式永磁同步電機為研究對象,對零低速段時,從提高動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)精度兩方面對無位置控制技術(shù)進行深入研究。首先,介紹永磁電機的物理模型,通過坐標變換理論,對電機進行數(shù)學建模,分析常用的矢量控制策略,采用di(28)0的電流控制策略以及電壓空間矢量調(diào)制策略,搭建了永磁同步電機的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),驗證了有傳感器的矢量控制。為了研究低通濾波器對控制系統(tǒng)的影響,對電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)進行建模分析。其次,建立永磁同步電機的高頻模型,介紹了高頻旋轉(zhuǎn)正弦電壓信號注入無位置控制技術(shù),從原理分析到估計轉(zhuǎn)子位置信息提取過程。為了簡化信號處理流程,研究了基于高頻脈振信號注入無位置控制,研究在估計旋轉(zhuǎn)軸系和測量軸系下提取估計轉(zhuǎn)子位置兩種方案,并搭建仿真模型驗證了方案的可行性。為了減少在提取高頻電流時帶通濾波器的使用,分析了高頻響應(yīng)電流的軌跡,研究了基于高頻電流矢量角的估計轉(zhuǎn)子位置提取方案,提高了控制系統(tǒng)的動態(tài)性...
【文章來源】:中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:173 頁
【學位級別】:碩士
【部分圖文】:
主電路原理圖
工程碩士專業(yè)學位論文116機為三相感應(yīng)電機,其采用同軸相連的對拖系統(tǒng),其系統(tǒng)圖如圖5-2所示,三相感應(yīng)電機作為負載電機,其驅(qū)動采用變頻器驅(qū)動,且在加載時,采用力矩控制模式。其示意圖如圖(5-2)所示。圖5-2實驗平臺示意圖Figure5-2Experimentalplatform5.2實驗平臺的硬件電路設(shè)計(HardwareCircuitDesignofExperimentalPlatform)搭建永磁同步電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的實驗平臺,主要分為硬件部分與軟件部分,本節(jié)先著重介紹實驗平臺的硬件組成部分,其實驗平臺硬件電路主要由主電路,控制電路,PWM波驅(qū)動隔離電路,電流檢測電路,過壓與過流保護電路等組成,下面對各個部分電路進行分析與設(shè)計。5.2.1主電路的設(shè)計在主電路中,主要由三相不可控二極管整流電路進行整流,再通過三相逆變電路將直流電逆變?yōu)榻涣麟娊o電機供電,逆變器采用IPM模塊,其穩(wěn)定性更好。其主電路如圖(5-3)所示:圖5-3主電路原理圖Figure5-3Schematicofthemaincircuit在主電路中,整流側(cè)采用三相橋式不可控整流,其整流二極管的選擇方法如下:
向逆變器側(cè),容易在直流母線側(cè)產(chǎn)生泵升電壓,如果不加以限制,會損壞逆變器功率開關(guān)IPM模塊。在剎車電路設(shè)計中,采用在直流母線上并聯(lián)制動電阻,將系統(tǒng)多余的能量在電阻R8上以熱量消耗掉。當檢測到直流母線電壓大于690V時,通過軟件控制,增加G7的占空比,將直流母線電壓限制在690V以內(nèi)。其剎車驅(qū)動電路如圖(5-4)所示,由于IGBT驅(qū)動電壓為15V,為了防止IGBT在開通時存在不完全開通狀態(tài),采用Z3進行穩(wěn)壓。為了減少驅(qū)動電路中電流的大小,采用電阻為1kΩ的R62進行限流,且BR驅(qū)動電路中有效電平為低電平。圖5-4剎車驅(qū)動電路Figure5-4Brakedrivecircuit5.2.4電流采樣電路的設(shè)計在永磁同步電機的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中,要采集定子三相電流,直流母線電壓等,而且電流采樣精度直接影響驅(qū)動系統(tǒng)的動穩(wěn)定性。在實驗平臺搭建中,由于霍爾傳感器價格昂貴,同時受到溫漂的影響較大,在一般場合下不予使用。在本實驗平臺搭建中,電流采樣采用采樣電阻,其價格低廉,且信號處理電路簡單。在用采樣電阻采樣時,要求采樣電阻的精度高。采樣電阻的選取是設(shè)計采樣電路的關(guān)鍵,在應(yīng)用于電機控制中,采樣電阻一般為毫歐姆級別電阻且靈敏度較高。采樣電阻不宜選擇過大,當采樣電阻過大時,在對電機定子電流進行采樣時,會產(chǎn)生較大的有功功率損耗,帶來較大的發(fā)熱問題,會燒壞采樣電阻,當采樣電阻較小時,雖然能采集更寬范圍的電機電流,但是當電機電流較小時,較小的采樣電阻上采集到的電壓較小,受到電流采樣噪聲干擾較大,采樣精度降低。在采樣電阻選擇時,考慮IGBT最大峰值電流為30A,同時考慮后級的信號調(diào)理電路,考慮到處理后的電壓信號被DSP中的AD模塊能采集到的輸入電壓范圍。本文采樣電阻為5毫歐姆,誤差系數(shù)為1%。當采樣電阻將定子電流?
本文編號:3112929
【文章來源】:中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:173 頁
【學位級別】:碩士
【部分圖文】:
主電路原理圖
工程碩士專業(yè)學位論文116機為三相感應(yīng)電機,其采用同軸相連的對拖系統(tǒng),其系統(tǒng)圖如圖5-2所示,三相感應(yīng)電機作為負載電機,其驅(qū)動采用變頻器驅(qū)動,且在加載時,采用力矩控制模式。其示意圖如圖(5-2)所示。圖5-2實驗平臺示意圖Figure5-2Experimentalplatform5.2實驗平臺的硬件電路設(shè)計(HardwareCircuitDesignofExperimentalPlatform)搭建永磁同步電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的實驗平臺,主要分為硬件部分與軟件部分,本節(jié)先著重介紹實驗平臺的硬件組成部分,其實驗平臺硬件電路主要由主電路,控制電路,PWM波驅(qū)動隔離電路,電流檢測電路,過壓與過流保護電路等組成,下面對各個部分電路進行分析與設(shè)計。5.2.1主電路的設(shè)計在主電路中,主要由三相不可控二極管整流電路進行整流,再通過三相逆變電路將直流電逆變?yōu)榻涣麟娊o電機供電,逆變器采用IPM模塊,其穩(wěn)定性更好。其主電路如圖(5-3)所示:圖5-3主電路原理圖Figure5-3Schematicofthemaincircuit在主電路中,整流側(cè)采用三相橋式不可控整流,其整流二極管的選擇方法如下:
向逆變器側(cè),容易在直流母線側(cè)產(chǎn)生泵升電壓,如果不加以限制,會損壞逆變器功率開關(guān)IPM模塊。在剎車電路設(shè)計中,采用在直流母線上并聯(lián)制動電阻,將系統(tǒng)多余的能量在電阻R8上以熱量消耗掉。當檢測到直流母線電壓大于690V時,通過軟件控制,增加G7的占空比,將直流母線電壓限制在690V以內(nèi)。其剎車驅(qū)動電路如圖(5-4)所示,由于IGBT驅(qū)動電壓為15V,為了防止IGBT在開通時存在不完全開通狀態(tài),采用Z3進行穩(wěn)壓。為了減少驅(qū)動電路中電流的大小,采用電阻為1kΩ的R62進行限流,且BR驅(qū)動電路中有效電平為低電平。圖5-4剎車驅(qū)動電路Figure5-4Brakedrivecircuit5.2.4電流采樣電路的設(shè)計在永磁同步電機的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中,要采集定子三相電流,直流母線電壓等,而且電流采樣精度直接影響驅(qū)動系統(tǒng)的動穩(wěn)定性。在實驗平臺搭建中,由于霍爾傳感器價格昂貴,同時受到溫漂的影響較大,在一般場合下不予使用。在本實驗平臺搭建中,電流采樣采用采樣電阻,其價格低廉,且信號處理電路簡單。在用采樣電阻采樣時,要求采樣電阻的精度高。采樣電阻的選取是設(shè)計采樣電路的關(guān)鍵,在應(yīng)用于電機控制中,采樣電阻一般為毫歐姆級別電阻且靈敏度較高。采樣電阻不宜選擇過大,當采樣電阻過大時,在對電機定子電流進行采樣時,會產(chǎn)生較大的有功功率損耗,帶來較大的發(fā)熱問題,會燒壞采樣電阻,當采樣電阻較小時,雖然能采集更寬范圍的電機電流,但是當電機電流較小時,較小的采樣電阻上采集到的電壓較小,受到電流采樣噪聲干擾較大,采樣精度降低。在采樣電阻選擇時,考慮IGBT最大峰值電流為30A,同時考慮后級的信號調(diào)理電路,考慮到處理后的電壓信號被DSP中的AD模塊能采集到的輸入電壓范圍。本文采樣電阻為5毫歐姆,誤差系數(shù)為1%。當采樣電阻將定子電流?
本文編號:3112929
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