于電流匹配反電勢的無刷直流電機節(jié)能策略

引言

無刷直流電機相比于有刷直流電機,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,既保持了有刷電機的優(yōu)良特性,同時也具備有刷電機所沒有的優(yōu)點[l]。近年來,節(jié)能減排的號召不斷加強,而電機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無刷直流電機工作原理

本文分析的無刷直流電機均采用星形接法,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、無刷電機模塊等結(jié)構(gòu),如圖1所示。

2無刷直流電機數(shù)學(xué)模型

2.1電壓方程

定子電壓方程為:

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

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運動方程

無刷直流電機的運動方程如下:

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為電機機械角速度,: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,平均功率計算公式如式(7)所示:

提高電機功率還有一個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,驗證了前述理論分析。

5結(jié)語

本文通過分析無刷直流電機的輸出功率,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,可以提高電機效率,達(dá)到節(jié)能效果。仿真結(jié)果表明,該方法是可行的。