Этот пример демонстрирует регулирование скорости бесщеточного привода с двигателем постоянного тока (BLDC) с использованием шестиступенчатого инвертора с переменной линией постоянного тока.
В своей основной форме двигатели BLDC состоят из трапециевидного синхронного двигателя с обратным коэффициентом противо-ЭДС с постоянными магнитами, питаемого трехфазным инвертором. Датчик положения, прикрепленный к ротору, обеспечивает сигналы положения, необходимые для синхронизации токов статора с коэффициентами противо-ЭДС, так что двигатель работает как синхронный двигатель в любое время. Поскольку величина напряжения пропорциональна скорости двигателя, скорость может затем регулироваться путем изменения напряжения ссылка, соединенного с трехфазным инвертором.
Преобразователь постоянного/постоянного тока питается идеальным источником постоянного тока, и его выходной фильтр позволяет изменять напряжение ссылка. Шина постоянного тока соединяется с трехфазным двухуровневым преобразователем. Этот преобразователь генерирует соответствующее трехфазное напряжение для операции двигателя BLDC мощностью 300 Вт, 4000 об/мин.
Основными компонентами системы управления являются:
Регулятор Скорости - Регулятор сравнивает фактическую скорость двигателя с ссылкой скорости и генерирует ссылку постоянного напряжения.
Регулятор Напряжения - измеренное напряжение ссылки постоянного тока сравнивается с ссылкой значением. Получившаяся ошибка подается на регулятор PI анти-обмотки. Чтобы исправить ошибку, регулятор выводит необходимое значение коэффициента заполнения (D) на преобразователь постоянного тока.
Коммутационные последовательности и генерация импульсов - поскольку коэффициенты противо-ЭДС имеют трапециевидную форму (с плоской площадью 120o), максимальный крутящий момент с самой низкой пульсацией развивается, если токи поддерживаются постоянными в течение временных интервалов, когда коэффициенты противо-ЭДС также постоянны. Это условие подразумевает шестиступенчатую операцию для инвертора, где одновременно проходят только две фазы. Основываясь на положении ротора (полученном из датчиков эффекта Холла) и направлении вращения мотора, этот блок генерирует соответствующие импульсы к трехфазному инвертору, питающему двигатель.
В этой таблице перечислены шесть возможных коммутационных последовательностей для вращения двигателя против часовой стрелки:
Этот рисунок показывает две коммутационные последовательности для вращения против часовой стрелки двигателя.
Для корректной операции двигателя BLDC необходимо сохранить угол между статором и потоком ротора близким к 90 °. При шестиступенчатом управлении двигатель имеет в общей сложности шесть возможных векторов потока статора. Вектор потока статора должен быть изменен в определенном положении ротора. Однако при шестиступенчатом методе управления невозможно сохранить угол между потоком ротора и потоком статора на уровне 90 °. Действительный угол варьируется от 60 ° до 120 °.
Для последовательности [C- B +] можно проверить с левого изображения на схеме, что положение северного полюса ротора изменяется от 60 ° до 120 ° перед северным полюсом статора с отталкиванием между полюсами той же полярности, производящим вращение против часовой стрелки. При этом положение южного полюса ротора изменяется от 120 ° до 60 ° позади северного полюса статора, с притяжением между двумя противоположными полюсами всё ещё производящими вращение против часовой стрелки.
Запустите симуляцию и наблюдайте формы волны на Возможностях 1. Первоначально двигатель вращается со скоростью 4000 об/мин без нагрузки.
На 0,1 с к мотору прикладывается крутящий момент нагрузки 0,6 Н.м. Система управления увеличивает ссылку постоянного тока ссылки напряжения в порядок для поддержания скорости двигателя на уровне 4000 об/мин.
При 0,25 с ссылка скорости уменьшается до 1000 об/мин. Система управления значительно уменьшает ссылку постоянного тока ссылки напряжения в порядок с новой ссылкой скорости. Заметьте уменьшенную частоту токов фазы двигателя.
На Возможностях 2 можно наблюдать выход регулятора постоянного тока (D), а также изменения напряжения ссылки постоянного тока.
Если у вас есть Simulink Real-Time и цель Speedgoat, можно запустить эту модель в реальном времени.
Откройте окно Configuration Parameters (или нажмите Ctrl + E), нажмите Генерация Кода и установите Системный целевой файл равным slrealtime.tlc .
Подключитесь к целевому объекту и на вкладке Real-Time нажмите Run on Target.
Затем ваша модель будет автоматически построена, развернута и выполнена на цели. В зависимости от целевой потоковой полосы, вам, вероятно, придется уменьшить количество сигналов, переданных в реальном времени от цели к хосту-компьютеру.
Musil, J. 3-Phase BLDC Drive с использованием Переменной DC Ссылки шестиступенчатого инвертора. Freescale Czech Systems Laboratories. 2006.
Управление Двигателем (Часть 1): Введение в бесщеточные двигатели постоянного тока, Melda Ulusoy, MathWorks https://www.mathworks.com/support/search.html/videos/brushless-dc-motors-introduction-1564728874059.html?fq=asset_type_name: видео% 20category: physmod/sps/index & page = 1
