В этом примере показано регулирование скорости бесщеточного электродвигателя постоянного тока (BLDC) с использованием шестиступенчатого инвертора с изменяемым звеном постоянного тока.
В своей основной форме двигатели BLDC состоят из трапециевидного синхронного двигателя с постоянным магнитом с обратной электромагнитной частотой, питаемого трехфазным инвертором. Датчик положения, прикрепленный к ротору, обеспечивает сигналы положения, необходимые для синхронизации токов статора с обратными ЭДС, так что двигатель работает как синхронный двигатель в любое время. Поскольку величина напряжения пропорциональна скорости двигателя, скорость может затем регулироваться изменением напряжения линии постоянного тока, подключенного к трехфазному инвертору.
Преобразователь постоянного тока питается идеальным источником постоянного тока и его выходной фильтр позволяет изменять напряжение линии постоянного тока. Шина постоянного тока подключена к трехфазному, двухуровневому преобразователю. Этот преобразователь генерирует соответствующее трехфазное напряжение для работы двигателя BLDC 300 Вт, 4000 об/мин.
Основными элементами системы управления являются:
Регулятор скорости (Speed Regulator) - регулятор сравнивает фактическую скорость двигателя с эталонной скоростью и генерирует эталонное напряжение постоянного тока.
Регулятор напряжения - измеренное напряжение линии постоянного тока сравнивается с эталонным значением. Результирующая ошибка подается на ПИ-регулятор защиты. Для исправления ошибки регулятор выдает требуемое значение рабочего цикла (D) в преобразователь постоянного тока.
Коммутационные последовательности и генерация импульсов - поскольку обратные EMF имеют трапециевидную форму (с плоской площадью 120o), максимальный крутящий момент с наименьшей пульсацией развивается, если токи поддерживаются постоянными в течение временных интервалов, когда обратные EMF также являются постоянными. Это условие подразумевает шестиступенчатую работу инвертора, когда одновременно проводят только две фазы. На основе положения ротора (полученного от датчиков Hall Effect) и направления вращения двигателя этот блок генерирует соответствующие импульсы на трехфазный инвертор, питающий двигатель.
В этой таблице перечислены шесть возможных последовательностей коммутации для вращения двигателя против часовой стрелки:
На этом рисунке показаны две последовательности коммутации для вращения двигателя против часовой стрелки.
Для правильной работы двигателя BLDC необходимо держать угол между статором и потоком ротора близким к 90 °. При шестиступенчатом управлении двигатель имеет в общей сложности шесть возможных векторов статорного потока. Вектор потока статора должен быть изменен при определенном положении ротора. Однако при использовании шестиступенчатой технологии управления невозможно поддерживать угол между потоком ротора и потоком статора на уровне 90 °. Реальный угол изменяется от 60 ° до 120 °.
Для последовательности [C- B +] можно проверить по левому изображению на диаграмме, что положение северного полюса ротора изменяется от 60 ° до 120 ° перед северным полюсом статора, при этом отталкивание между полюсами одинаковой полярности производит вращение против часовой стрелки. При этом положение южного полюса ротора изменяется от 120 ° до 60 ° за северным полюсом статора, при этом притяжение между двумя противоположными полюсами всё ещё производит вращение против часовой стрелки.
Выполните моделирование и просмотрите формы сигналов в Области 1. Первоначально двигатель вращается при 4000 об/мин без нагрузки.
Через 0,1 с к двигателю прикладывается момент нагрузки 0,6 Н.м. Система управления увеличивает опорное напряжение линии постоянного тока для поддержания частоты вращения двигателя на уровне 4000 об/мин.
При 0,25 с опорная скорость снижается до 1000 об/мин. Система управления значительно уменьшает эталонное напряжение линии постоянного тока, чтобы обеспечить соответствие новой эталонной скорости. Обратите внимание на пониженную частоту фазовых токов двигателя.
В Области 2 можно наблюдать за выходом регулятора постоянного тока (D), а также за изменениями напряжения линии постоянного тока.
Если у вас есть Simulink Real-Time и цель Speedgoat, вы можете запустить эту модель в реальном времени.
Откройте окно Параметры конфигурации (Configuration Parameters) (или нажмите Ctrl + E), щелкните Создание кода (Code Generation) и задайте для параметра Системный целевой файл (System target file) значение slrealtime.tlc .
Подключитесь к целевому объекту и на вкладке «Реальное время» нажмите кнопку «Выполнить на целевом объекте».
Модель будет автоматически построена, развернута и выполнена на целевом объекте. В зависимости от целевой пропускной способности потоковой передачи может потребоваться уменьшить количество сигналов, передаваемых в реальном времени с целевого компьютера на хост-компьютер.
Musil, J. 3-Phase BLDC-привод с использованием шестиступенчатого инвертора переменного постоянного тока. Чешская системная лаборатория Freescale. 2006.
Управление двигателем (часть 1): Введение в бесщеточные двигатели постоянного тока, Мельда Улусой, MathWorks https://www.mathworks.com/support/search.html/videos/brushless-dc-motors-introduction-1564728874059.html?fq=asset_type_name: видео% 20категории: physmod/sps/index & page = 1