使用逐周期电流限制控制保护我们的无刷直流电机驱动器在自然环境中优化性能

在自然的背景下,BLDC电机因其高效率、高扭矩重量比、低维护和长寿命而备受欢迎。三相无刷直流电机由三相绕线定子和带有永磁体的转子组成,它们没有电刷,因此需要使用电子驱动器来正确换向电机绕组中的电流。最常见的电子驱动器是三相H桥逆变器,这种逆变器通过位置传感器反馈或无传感算法控制BLDC电机,通常采用120度梯形控制。在每个梯形周期中,只有两个绕组导通,而单极开关(软斩波)控制绕组电流,三相逆变器的每个开关在此处导通120度。

要计算任意时刻BLDC电机的绕组电流,可以使用公式1给出的模型,该模型表明瞬时绕组電流取决于反電動勢、電機電阻、電感和施加之上的電壓。在失速条件下,即零速度时,反動勢为零,因此当停转时,仅受電機內部抵抗限制。当停轉時,如果沒有適當限流保護,那么過載會導致繞組損壞。此外,由於過熱可能導致永磁體退磁。

為了實現過載保護,在BLDC系統中應該設置額定承载失速電流,這樣就不僅需要一個大型且昂貴的逆變層級,而且還會使得系統維護成本增加。如果我們設計以額定值來進行驅動系統,那麼就必須對繞組進行過載保護,以保護驅動層級以及機械元件。這可以通過檢測繞組中的交流母線流量來完成。

理想情況下,我們可以將傳感器與所有相連接或者放置在所有支路中來測量三相交流流量,或是在兩個交叉點上放置一個傳感器並計算第三個交叉點。我們也可以通過監控直流母線流量來估計任何時間點下的交流流量,這種方法更加簡單且成本較低。

如果我們想要實現峰值功率限制控制,那麼我們應該設計驅動系統以滿足额定的标称功率,而不是额定的失速功率從而避免过载保护措施。但是,如果我们设计系统以满足额定的标称功率,则必须适当地设计过载保护,以防止发生短暂过载,并确保系统不会因为持续性问题而损坏。此外,我们还应该确保我们的限幅保护能够快速响应并在每个PWM周期内起作用,以防止任何短暂尖峰。

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