采用可变直流母线六步逆变器的无刷直流电机驱动调速

本示例演示了采用可变直流母线六步逆变器的无刷直流（BLDC）电机驱动调速。

描述

无刷直流电机的基本结构包括一台由三相逆变器供电的梯形反电动势永磁同步电机。安装在转子上的位置传感器提供所需的位置信号，以使定子电流与反电动势同步，从而使电机始终作为同步电机运行。由于电压幅值与电机转速成正比，因此可以通过改变连接到三相逆变器的直流母线电压来调节转速。

电气模型

一个DC/DC变换器由理想直流电源供电，其输出滤波器允许您改变直流母线电压。直流母线连接到一个三相两电平变换器。该变换器为300 W、4000 rpm的无刷直流电机运行产生适当的三相电压。

控制系统

控制系统的主要组成部分包括：

1. 速度调节器 - 该调节器将实际电机转速与转速参考值进行比较，并生成直流电压参考值。

2. 电压调节器 - 将测得的直流母线电压与参考值进行比较。产生的误差被馈送到抗饱和PI调节器。为了校正误差，调节器向DC-DC变换器输出所需的占空比（D）值。

3. 换相序列和脉冲生成 - 由于反电动势呈梯形（具有120度的平坦区域），如果在反电动势也恒定的时间间隔内保持电流恒定，则可产生具有最低纹波的最大转矩。此条件意味着逆变器采用六步运行方式，每次只有两相导通。该模块基于转子位置（从霍尔效应传感器获得）和电机旋转方向，向给电机供电的三相逆变器生成适当的脉冲。

下表列出了电机逆时针旋转的六种可能换相序列：

下图显示了电机逆时针旋转的两种换相序列。

为了使无刷直流电机正常运行，必须使定子和转子磁通之间的角度接近90度。采用六步控制时，电机总共有六个可能的定子磁通矢量。必须在某个转子位置改变定子磁通矢量。然而，采用六步控制技术无法将转子磁通与定子磁通之间的角度保持在90度。实际角度在60度到120度之间变化。

对于 [C- B+] 序列，您可以从图中的左侧图像验证，转子北极的位置在定子北极前方60度到120度之间变化，相同极性磁极之间的排斥力产生逆时针旋转。同时，转子南极的位置在定子北极后方120度到60度之间变化，两个相反磁极之间的吸引力仍然产生逆时针旋转。

仿真

运行仿真并观察示波器1上的波形。最初，电机在空载下以4000 rpm旋转。

在0.1秒时，向电机施加0.6 N.m的负载转矩。控制系统增加直流母线电压参考值，以将电机转速维持在4000 rpm。

在0.25秒时，转速参考值降至1000 rpm。控制系统显著降低直流母线电压参考值，以满足新的转速参考值。请注意电机相电流的频率降低了。

在示波器2上，您可以观察到直流调节器输出（D）以及直流母线电压的变化。

实时仿真

如果您拥有Simulink Real-Time和Speedgoat目标计算机，则可以实时运行此模型。

1. 打开"配置参数"窗口（或按 Ctrl+E），点击 代码生成，并将 系统目标文件 设置为 slrealtime.tlc。

2. 连接到目标机，在 实时 选项卡中，点击 在目标机上运行。

然后，您的模型将在目标机上自动构建、部署和执行。根据您的目标机流带宽，您可能需要减少从目标机实时传输到主机计算机的信号数量。

参考文献

Musil, J. 3-Phase BLDC Drive Using Variable DC Link Six-Step Inverter. Freescale Czech Systems Laboratories. 2006.

另请参阅

电机控制（第1部分）：无刷直流电机简介，Melda Ulusoy，MathWorks https://www.mathworks.com/support/search.html/videos/brushless-dc-motors-introduction-1564728874059.html?fq=asset_type_name:video%20category:physmod/sps/index&page=1

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