Study on Rotor IGBT Chopper Control for Induction Motor Drive

Rotor chopper control is a simple and effective drive method for induction motor. This paper presents a novel IGBT chopper topology,which can both adjust rotor resistance and protect IGBT efficiently. Investigation on the quasi transient state of the rotor rectifying circuit is made, and a nonlinear mapping between the equivalent resistance and the duty cycle is deduced. Furthermore, the method for determining the magnitude of the external resistor is introduced.

一种电动车用开关磁阻电机四象限双极性转速环控制系统研究

开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)因结构简单坚固、起动转矩大和转速范围宽的特点,在电动车驱动系统有着广阔的应用前景。不同于异步电机和同步电机依靠调节器双极性输出量实现四象限工作,传统单极性SRM转速环控制系统需要依靠外部给定来切换工作象限,在四象限运行工况下存在切换过程平滑性难以控制的问题。针对此,本文提出一种将SRM转速环控制系统及其四象限控制方法相结合,以传统的角度位置控制(Angle position control,APC)理论为基础,将转速调节器双极性输出量与电机转速方向进行逻辑判断形成新的APC控制参数,配合传统电流斩波控制(Chopping current control,CCC)形成新型的四象限转速环控制系统。该系统优化了SRM频繁电制动切换的顿挫问题,为电动车坡道动态行驶安全提供了平滑切换的保障。仿真和实验结果均验证了该系统原理的可行性,较好地实现了电动车SRM驱动系统的四象限工况切换。

一种新型横向磁通永磁电动机的仿真研究

新能源汽车在我国当前的迅猛发展对其驱动电机技术提出了更高的功率与转矩密度要求。文章在分析了现有横向磁通电机和定子永磁型电机的基础上,提出了一种新型的横向磁通永磁电动机的仿真设计,该电机的永磁体和电枢绕组均在定子上,而转子由若干个简单的C型铁芯对称构成。基于电机的结构分析了该电机的工作原理,推导了电机功率与主要尺寸之间关系式,进而得到了功率和转矩密度表达式,并以1kW样机为例,利用有限元法仿真分析了该电机的永磁磁场分布、磁链变化规律和反电动势波形,分析表明绕组匝链的磁通呈现出双极性变化和反电动势波形近似为正弦,为下一步的优化设计和实际样机制造奠定基础。

基于双极性电压注入和PSO拟合的同步磁阻电机磁链自学习方法

同步磁阻电机(SynRM)存在明显的磁路饱和现象。如果在电机控制算法中使用固定电感值,无法实现理想的控制性能。针对该问题,提出一种磁链自学习方法。首先,详细分析了SynRM的交叉饱和现象,并采用恒定转速方法建立了SynRM的磁饱和模型;然后,设计了双极性电压注入的自学习给定方式,通过分区域拟合磁链曲线来后处理不均匀分布的原始磁链数据,并使用粒子群优化(PSO)算法求解拟合函数系数;最后,在实验平台对提出的磁链自学习策略进行验证。实验证明,相较于直接插值方法,分区域拟合磁链曲线的后处理方法对原始数据点的分布没有要求,因此可以显著降低磁链曲面的学习误差。

基于增强型STM32驱动双极步进电机的研究

针对双极步进电机的控制特点,充分利用增强型STM32在电机控制中的优势,提出基于STM32的双极步进电机驱动方案。对该系统的硬件电路和软件流程进行分析和设计,并最终将其应用到实际的电脑横机工作环境中,通过调整协调步进电机的参数,实现了电机驱动的紧凑、高速和低成本的目标。验证表明该系统具有较高稳定性和可靠性,达到了预定的要求。

电机驱动系统的电磁干扰抑制方法研究

电机驱动系统中大功率开关器件在关断过程产生严重的电磁干扰问题,对其抑制方法的研究成为热点。分析IGBT控制原理及电压波形,利用Saber软件建立电机驱动系统模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑无源器件的寄生参数,仿真传统门极控制、动态电压上升控制以及有源门极控制的直流侧和交流侧共模/差模干扰,通过对比得到有源门极控制下对系统干扰的抑制效果更好,有效降低系统的共模/差模干扰。基于有源门极控制方法,在改变IGBT开关频率的情况下分析干扰波形,对电力电子装置传导电磁干扰的抑制分析具有重要意义。

双极性分块转子开关磁阻电机

针对单极性励磁时四相8/6结构分块转子开关磁阻电机的定子磁通冲突问题,把双极性励磁方法应用于四相8/6结构分块转子开关磁阻电机,基于2D有限元建立双极性分块转子开关磁阻电机的场路耦合模型,计算双极性分块转子开关磁阻电机的电流、转矩及铜耗,并在(r,θ)坐标系中细致描述定子铁心和转子铁心特征区域的磁密周期性变化规律,最后应用双频法分离铁损获得铁心的涡流损耗和磁滞损耗。计算结果表明,与同等双极性励磁的8/6结构双极性普通开关磁阻电机相比,8/6结构双极性分块转子开关磁阻电机的转矩脉动大,但铜耗减小约32%,铁耗减小约35%。

永磁游标电机的研究及其优化

针对双极性表贴式永磁游标(SPMV)电机永磁体利用率低、涡流损耗大等问题,采用单极性转子的电机结构,并在调磁齿槽中内嵌一层极性相同的永磁体,以提高电机性能。使用Ansoft软件对双极性SPMV电机的理论推导的正确性进行验证,并对比分析了双极性SPMV电机和单极性IPMV电机,得出单极性IPMV电机永磁体利用率高、损耗小,但它的转矩下降约12 N·m,比双极性SPMV电机减小约23.1%。为提高转矩,在单极性IPMV电机的调磁齿槽中内嵌永磁体并对嵌入的永磁体厚度进行优化,得出厚度为4 mm时,转矩比双极性SPMV电机和单极性IPMV电机的分别提高约26 N·m和38 N·m,增加了约50%和95%,永磁体涡流损耗比双极性SPMV电机减小约20 W,降低了10%。

基于PSoC3的步进电机控制

电路结构简单、控制策略高效可靠的控制技术是所有步进电机控制的共同目标。介绍了一款基于PSoC3芯片来设计的步进电机控制技术。整个设计采用两相双极控制技术,外围电路简单可靠,节省时间和开支。设计的步进电机具有微步数可调,电机转速可调,转向可调等多种可控功能。样机测试表明电机工作稳定高效,安全可靠。

异步电机转子IGBT斩波调阻调速的准动态模型

转子斩波调阻是异步电机一种简便有效的调速方法，本文提出了一种新型的采用ＩＧＢＴ作斩波管的具有吸收保护作用的斩波回路拓扑结构，并对该系统整流回路的准动态过程进行了详细研究，推导出斩波管占空比与等效电阻之间的非线性函数关系，给出了外接电阻阻值的选择方法．

基于DSP的直流电机驱动控制电路设计

基于H型双极模式PWM控制原理,设计了一种直流微电机正反转调速功率放大电路。采用IR2110作为该功率放大电路的驱动模块,构成的整个驱动电路具有结构简单、驱动能力强、功耗低的特点。通过TMS320FL2407ADSP芯片产生驱动电路所需要的双PWM信号。同时,DSP芯片采集和处理电机电枢电流及转速信号,实现直流电机的反馈控制。DSP芯片又通过串口和PC机建立通信,最终实现通过PC机发布指令控制直流电机的运动。

转镜高速相机的电机调速系统设计

转镜高速相机的转镜驱动电机通常采用特种高速直流调速电机 ,对启动控制要求较高。而转镜高速相机不但要求其转镜驱动电机有较高的调速精度 ,还对整个转速—时间曲线提出了要求。这里介绍的计算机控制电机调速系统采用了专家控制型控制策略 ,使用了驱动简单、热稳定性好的绝缘门双极型晶体管 (IGBT)作功率放大元件 ,满足了转镜高速相机的需求。

基于CPLD的双极性步进电机细分驱动器设计

为了提高步进电机运行的平稳性,提出一种基于CPLD的双极性步进电机细分驱动器设计方案。在选择合理的电流波形的基础上,采用CPLD对斩波恒流均匀细分驱动技术方案。特别在细分波形上,根据步进电机电枢内电流的特性,采用对步进电机励磁绕组中电流的控制,合理选择步进电机相绕组细分电流波形,进行插值补偿,在功率驱动控制上采用快衰减和慢衰减相结合的混合控制方式,实现减小步进电机步距角以及复杂的时序逻辑功能。实验结果表明,基于CPLD双极性步进电机细分驱动器设计的驱动系统,细分精度高,具有更好的驱动性能,电机驱动器运行稳定。

光纤去偏器的理论和研制

用简明的方法讨论了Ｌｙｏｔ去偏器原理，用类矩形保偏光纤制作了多只去偏器，用两种方法测量了去偏器的参数，并将去偏器用于光纤陀螺。

激光跟踪仪两级双轴联动闭环控制系统研究

为保证激光跟踪仪的跟踪精度,设计选择了两级双轴联动控制系统,以直流力矩电机作为第1级控制,为粗调机构;音圈电机作为第2级,为精调机构;并将此2个电机安装于垂直和水平2个方向实现三维空间的跟踪,偏差信号经过PI调节后,生成双极性PWM控制执行机构完成闭环控制。通过这种控制方式,达到了激光跟踪仪的精度要求。

电机控制器IGBT用风冷散热器设计

电机控制器绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)散热性能越发成为影响电机乃至电动汽车安全性、可靠性及动力性的重要因素。提出一种新型纯电动汽车电机控制器IGBT用风冷散热器结构方案,对IGBT热源及所设计的新型风冷散热器建立了黑匣子仿真模型,通过理论估算得出在额定工况下IGBT结点温度,进而利用流体仿真软件对IGBT芯片结温和散热器的温度场、流场进行可视化热仿真分析。同时对IGBT芯片结温进行试验测定,并与热仿真结果以及理论估算结果进行对比,验证了该新型风冷散热器能满足IGBT正常工作的热设计要求。

基于DSP的PWM双闭环直流调速系统

为提高直流调速系统的性能,介绍了采用TMS320LF2407A为控制核心、H桥直流斩波驱动、电流内环与速度外环PI调节以及转速测量等环节都实现全数字化的微机控制双闭环调速系统。分析了系统的全数字化调速原理,阐述了双闭环调速系统的硬件组成和软件设计。这种系统在调速性能要求较高的场合有着广泛的应用。

一种车用双极性横向磁通永磁电动机

针对当前横向磁通永磁电机绕组磁链单极性影响电机出力进一步提高的问题,提出一种实现磁链双极性的横向磁通永磁电动机。该电机采用外转子型,电枢绕组和永磁体都位于定子上,磁通路径分析表明绕组匝链的磁通为双极性。基于电动机的基本结构和工作原理,依据电机设计理论推导出了电动机功率与尺寸之间关系式,采用有限元计算分析了电机主要尺寸对永磁磁链的影响。以此为依据确定了一台三相600 W样机的尺寸,利用有限元法对静态特性和瞬态特性进行了仿真计算,包括空载时电机磁场分布和绕组反电势,为了验证理论分析的正确性,最后对制作的600 W样机进行了实验验证,实验结果与理论分析具有很好的一致性。

基于PFA的IGBT键合线失效机理及寿命预测

为合理解释电动汽车中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块引线键合失效机理并有效预测其寿命,提出了基于失效物理分析(PFA)的IGBT模块键合引线的快速寿命预测方法。首先,分析了IGBT模块引线键合的失效机理,确定了有效评估失效的参数。其次,借助热阻抗曲线计算方法得到了IGBT模块内部温度分布,并提出了快速功率循环测试电路的实现方法。最后,对提出的方法进行了失效物理分析并进行了实验验证。实验结果表明,这种方法合理解释了引线键合失效机理,并能对IGBT模块键合引线的寿命进行有效的预测,因此具有可行性和可靠性。

无刷直流电机驱动用IGBT逆变器能耗分析

为了预测电机系统的性能和提高设计的可靠性,根据无刷直流电机(BLDCM)的PWM调制原理和IGBT的损耗机理,采用损耗分离法提出了BLDCM驱动用IGBT逆变器的功耗计算模型。逆变器的通态损耗是与IGBT正向通态压降、电机电流和开关占空比有关的函数,而其开关损耗是开关器件的开关时间、电机电流、逆变器的供电电压以及调制频率的函数。对提出的损耗模型进行了仿真计算和实验验证,仿真计算结果与实验结果具有较好的一致性。