小电感无刷直流电机不同驱动结构下的控制特性及功耗比较

武俊峰

（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室 长春 130033）

1 引言

随着永磁电机的发展，无刷直流电机在电力系统中的应用受到越来越多的关注，包括无刷电机控制系统设计、无刷电机伺服系统的系统稳定性、驱动结构和功率效率等。而在伺服应用中，由于要求系统的响应快，在这种场合下的无刷直流电机的电感值一般都比较小。针对该种无刷电机的驱动结构，从降低结构的复杂度考虑，可以采用以 Buck电路为主的半桥驱动结构[1,2]，但在这种驱动结构下，每拍只有一相绕组导通，故绕组利用率低。而从提高效率考虑，多采用全桥驱动结构[3]。在全桥结构下，文献[4-8]从转矩脉动角度分析了无刷直流发电机在PWM控制模式下的脉动特性，文献[9-10]中张晓峰等人进一步从转矩脉动角度出发，针对全桥结构的Buck电路，分析了全桥结构下采用Buck电路实现的 PAM 驱动方式对电机转矩脉动的影响。本文在以上基础上从控制特性和机械特性角度出发，进一步分析了具有小电感量的无刷电机系统在PWM和PAM驱动结构下的控制特性和对功耗的影响。阐明了针对全桥结构而言，在 PWM的驱动方式下，控制特性具有较强的非线性特征，并且在低速时具有等效力矩大，高速时等效力矩小的特点，容易产生系统振荡行为，故在采用 PWM控制时在调速范围不同时，应采用不同的比例系数；而在 PAM 驱动方式下，等效力矩相同，占空比和转速成正比，控制特性具有较好的线性特性，同时电流平滑，涡流损耗减小，具有功耗低的特点，但相对地增加了系统的复杂性。……