基于瞬时功率理论的无刷直流电机弱磁控制技术研究

摘要

无刷直流电机(简称BLDCM)具有高功率密度、高可靠性、高效率等诸多优点，并且在国民经济的各个领域都得到了广泛应用。但是，无刷直流电机达到基速后转速难以上升，其这一缺点较大程度上限制了它的应用场合，阻碍了无刷直流电机进一步的推广和应用。因此，如何扩展无刷直流电机的调速范围，成为无刷电机研究领域的一个重要问题，得到越来越多学者的广泛关注。
　　 针对这一问题，本文设计了基于瞬时功率理论的弱磁控制系统。所谓弱磁控制是指利用电机电枢反应产生一个反向磁场来抵消永磁磁场，减少定子绕组匝链的永磁磁链从而获得等效弱磁效果的一种控制方法，并以此实现电机在基速以上运行，扩大无刷直流电机调速范围。
　　 本文首先讨论了无刷直流电机工作原理、电机内部磁场以及弱磁基本原理，然后介绍了瞬时功率理论，并对其进行了进一步的补充和说明，该理论是传统功率理论中相位差、有效值、有功功率和无功功率等概念向瞬时值概念的自然扩展，不仅适用于正弦波，也适用于非正弦和任何过渡过程的情况，可以看成对传统功率理论的推广和延伸。然后在无刷直流电机数学模型的基础上，将瞬时功率理论应用到无刷直流电机弱磁控制中，推导了电机直轴电流、交轴电流与瞬时有功电流、无功电流的关系，对控制原理做出了清晰、明确的解释，通过改变交轴电流系数达到转矩给定的目的，改变直轴电流系数达到电机弱磁升速的目的，并在此基础上提出了一种新型的弱磁控制算法，并对控制算法进行了全面、系统的说明。
　　 最后，采用美国TI公司的TMS320F28335型号DSP作为主控芯片，搭建无刷直流电机弱磁控制系统，实现电机正常运行与弱磁升速控制，并通过实验验证了理论的正确性和算法的可行性。