自从开始研究应用电子技术,我就深刻体会到学以致用、实践与理论相结合的重要性。尤其是在自然环境下使用无刷直流(BLDC)电机驱动器时,这种理解变得尤为明显。
BLDC电机因其高效率、高扭矩重量比、低维护和长寿命而广受欢迎。在自然环境中,例如在风力发电或太阳能跟踪系统中,BLDC电机能够提供可靠的性能。然而,其三相逆变器驱动器需要精确控制,以确保安全运行。
我发现公式1是计算任意时刻BLDC电机绕组电流的关键,它表明瞬时绕组电流取决于反向磁势、线间阻抗和施加的交流压力。在失速条件下,即零速度时,反向磁势为零,因此稳态绕组中的电流仅受到线间阻抗限制。此外,当接近饱和点时,由于感性降低,绕组当前上升甚至可能超出额定值。
考虑一个400W额定功率、220V额定直流压力和3.6A额定RMS绕组流量的例子。如果我们不采取适当限流保护措施,那么逆变器级必须承载36.67A失速流量。这意味着逆变器级必须设计得非常强大且成本较高,并且如果长时间运行将导致过热问题,最终可能导致烧毁或退磁。
为了避免这些风险,我们需要在设计BLDC驱动系统时考虑到过流保护。我认为理想情况下,我们可以通过串联所有相位或放置传感器在每个逆变器支路来测量三相绕组流量。或者,我们可以通过检测两个相位并利用代数求解第三个相位来实现这一点。
实际上,在梯形控制期间,只有两个支路同时工作,而第三个保持高阻抗状态。因此,可以通过监控直流母线返回处的一个低成本检测抵抗来估计整体绕组流量,如图1所示。在单极二象限模式下,只对一个有源桥臂进行PWM调制,而另一个桥臂保持打开状态。
换相期间,当顶部开关打开,则两条路径通畅;当顶部及底部开关同时打开,则直 流母线与之匹配。当顶部关闭而底部保持开放的情况下,将继续以Q2二极管作为继续路径,以减少持续时间内连续增加,但最终仍然减少该持续时间内连续增加,从而使得直接测量母线上的总共合成轨迹足够用于提供防止过载保护功能。此外,由于这种类型的操作通常发生在几微秒范围内,任何峰值限制都应迅速响应并每次周期作用,以避免短暂尖峰出现,并允许快速恢复至正常操作模式。此外,对于具有较高绝缘能力但较小感性的低功耗设备来说,更有效地监控设备是否接近最大负荷已成为一种常规做法,因为它能预先防止损坏事件发生,同时还能够优化能源效率,使其更加经济可行。