直流串激电动机速度控制的研究使用直流斩波器

Praveen Kumar Nambisan.T.M¹,Dr.B.N.Sarkar²

PG学生(电力电子),部门EEE, Dayananda Sagar工程学院,班加罗尔,印度卡纳塔克邦
教授,EEE称,Dayananda Sagar工程学院,班加罗尔,印度卡纳塔克邦

文摘

介绍了建模和数值模拟以及原型直流串激电动机的速度控制采用直流斩波器。半导体器件的脉宽调制控制方法可以帮助控制直流驱动器的输出电压反过来控制广泛的速度。系统建模和仿真研究瞬态和稳态行为。脉冲宽度调制是一种广泛使用的技术力量转换器和电机的控制。提出系统的硬件模型是建立在实验室和实验研究系统。仿真结果和实验结果发现是在良好的协议。

关键字

直流串激电动机,直流斩波器、半导体器件、脉冲宽度调制。

介绍

电机的速度控制是一个古老但常青行业的主题。随着电力电子器件的出现粘度IGBT、MOSFET等,可以处理大量的权力在更高的电压和电流大小,革命已经在电机的速度控制。随着微控制器的引入,非常准确和复杂的汽车速度控制是可行的。以前的机械控制汽车完全被这些电力电子装置所取代。

现在一个非常微小的变化速率变化可以通过第二的一小部分;从而提高生产的质量。这些电力电子控制汽车不仅用于大型工业如钢铁植物,植物,水泥厂等也为一些国内应用如研磨机,搅拌机等。即使是电力电子玩具汽车中扮演至关重要的角色。牵引应用IGBT / MOSFET控制直流系列电机广泛应用。

二世。文献调查

直流-直流转换器现在用于国内所有的工业用途和目的。由于电力电子器件技术的进步速度控制使用这些设备广泛用于汽车。的paper1describes交流串激电动机的速度控制采用交流斩波器。自从系列电动机可以在交流和直流操作,这些都是为特定的应用程序非常方便。自AC直升机像使用逆变器谐波失真和功率因数校正电路发生是必要的,从而增加整个系统的体积和成本。直流斩波系统有操作的好处,如快速的动态响应和附近的统一线路功率因数。可以看出电力电子器件中发挥至关重要的作用速度控制的三相感应电动机(鼠笼式和缠绕式),单相感应电动机,直流并励汽车但几乎没有文献可以在速度控制的直流串激电动机使用电力电子器件。因此被认为是开发一个转换器控制直流串激电动机。平滑变化的速度获得从未尝试直到现在。

三世。系统模型

图1显示了系统的原理图。系统由直流斩波器、直流串激电动机,速度传感器和基于单片机的驱动电路。

在图1中,直流串激电动机由直流斩波器能量反过来连接到电源供应。交流主要由桥式整流器整流电压不受监管的直流和直升机。的输出电压斩波控制电机的速度。驱动电路由单片机控制的责任周期斩波开关。

直流直升机也被称为直流-直流转换器是非常效率比线性稳压器。所以直升机在所有应用程序正在使用平滑输出电压的控制。

IV.DC直升机

直流斩波器基本上是一个电源转换器将一个固定的直流电压转换成变量。开关模式电源(smp)的市场包括cuk, buck-boost,前端整流器、单端初级电感变换器(SEPIC)和反激变换器。上面的转换器适合低中程权力评级。SEPIC buck-boost和cuk拓扑,输出电压应高于或低于输入。其中,单个开关SEPIC非常高效和容易控制non-inverted输出电压。

摘要SEPIC拓扑用于建立直流斩波器。低ESR电容器和快速恢复或肖特基二极管用于提高效率。

图2显示了基本的SEPIC变换器电路。它由两个电感L1和L2,单电源开关Q1, Cp耦合电容器,二极管D和输出滤波电容器C1。

V。斩波器的操作

电路的操作可以解释在CCM操作。由于单开关使用,很容易控制门脉冲。SEPIC转换器的操作模式可以分为两个;当开关Q1,当开关Q1。所以操作阶段,

1。开关Q1:

Q开关关闭和电感L1开始收费从输入电容器Cp有助于充电线圈L2。因此,电容器Cp供应电压VIN的指控。这里的瞬时电压VL1等于VIN,而电压VL2将等于VIN。

图3显示了打开开关Q1时线路图。二极管充当开路,因此没有电流通过。

2。开关Q1:

在此条件下,开关Q1是开放的,因此当前thourgh L1和Cp是相同的。所以在这种情况下负载所需的功率是由电感L1和L2。在这种模式下,电容Cp收费从电感L1, L2 Cprecharges在接下来的周期。

视图显示了SEPIC变换器的线路图当开关Q1,因此作为开路。所以当前直接通过耦合电容器Cp和感应线圈L2。

第六,建模和仿真

直流斩波驱动直流串激电动机的仿真是在MATLAB / SIMULINK进行。首先模拟直流串激电动机使用系列电机的等效模型和它的方程。直流斩波器的电机就精力充沛和反馈的速度控制器和电流控制器。

图5显示了直流串激电动机的等效模型。磁场和电枢串联如图所示。它包括电枢和励磁线圈电阻以及电枢电感,电感的地方在速度控制中扮演重要的角色。该模型用于确定传递函数中使用模拟。

七世。结果和讨论

模型模拟研究了系统的稳态和瞬态行为。以下情节并与传统电动机获得结果。

图7。显示了转矩和电枢电流的特点。由于电枢和场系列直流串激电动机,我们可以显示,

图7。显示了直流串激电动机的转速力矩特性。

自从Ia∝√T是在线性区,这表明速度接近危险值在空载状态。出于这个原因,一系列运动从来不是通过皮带传动与机械载荷。如果带快照,电动机就卸载,因此速度上升无限制导致机械损伤发动机。

Fig.8。显示了在操作系统的电压变化。0 30伏之间的电压是不同的串激电动机的速度控制。步骤的负载转矩变化范围(6.6 6.6 6.6 6.6 - 5 4]Nm和参考速度也在一步45 45 45 800 1200][45 rpm的时间范围(0 2 4 6 8 15)秒。

年代

Fig.9。显示了串激电动机的流速特性。在直流串激电动机Ia(当前)的值是衡量程度的加载。因此串激电动机在空载条件下的经营应该没有。不像其他直流电机系列电机没有空载速度罚款条件。

Fig.10。显示了电机的速度变化。参考速度是在步骤(45 45 45 45 150 200)的时间范围(0 2 4 6 8 15)。输出速度变化相应维护所需的速度所需的时间。这样平稳变化并不与先前的方法实现了直流串激电动机的速度控制。机械控制只能实现步骤变化而这个系统可以有一个光滑的控制速度。

Fig.11。显示在模拟电动机的电磁转矩。负载转矩的变化采取的措施的范围(6.6 6.6 6.6 6.6 5 4)纳米和电机的电磁转矩随时间。电磁力矩是重要的在确定加载马达能承受的数量。电机产生的转矩也有助于确定电动机的转矩特性,比较效率。

Fig.12。显示了电枢电流特性。当前控制器限制电枢电流的参考。2是作为上限参考。使用的电流控制器仿真是一个限制了电流的PID控制器。

直流串激电动机的特点,获得的仿真比较与常规串激电动机情节,发现情节几乎都匹配。也取得的变速比先前的methods2顺畅。电枢电压、电流的情节来确定电路用于构建原型。

八世。硬件模型和结果

系统的硬件模型是建立30伏,300毫安直流串激电动机。使用P55NF06 SEPIC转换器,一个60伏特/ 55 NPN型MOSFET。选通脉冲是由单片机PIC16f877A提供。电动机的速度由emf生成器和感觉到的ADC误差电压给单片机。单片机MOSFET的工作周期变化来改变输出电压。直流串激电动机以来非常高转矩,电动机不应该没有负载运行。所以直流发电机连接到直流串激电动机和发电机的轴加载。必要的测量结果和情节所吸引。

Fig.13显示硬件原型开发的实验室。SEPIC转换器设计用于马达。它可以看到输入供应主要是连接到变压器下台230伏特的电压24伏。一个800 rpm直流发电机作为负载,可以连接到电阻箱或白炽灯泡等各种电阻加载不同的负载变化。

从硬件实验,测量电机转速和电流不同电压和不同负载。测量结果用于情节流速特性。发现所获得的图像匹配与传统电动机特点。

Fig.14显示速度与电流的情节。看到的是曲线以一个逆特征和平滑变化。也见过空载速度非常高,所以电动机操作只有在负载。速度降低,以及当前在各自的操作电压随负载的变化。

第九。结论和未来的范围

摘要直流串激电动机的速度控制是使用直升机。系统由一个SEPIC直升机控制输出电压的电动机。SEPIC转换器由单一MOSFET开关模式。获得的控制电压输出的SEPIC控制电动机转速。系统的稳态和动态行为研究的模拟。系统的负荷响应仿真模型的预计。驱动电路和斩波电路是建立在实验室比较模拟和实验结果被发现是在良好的协议。

未来的发展包括使用效率高的直升机与高级电源开关。单独的电感可以换成高效耦合电感线圈在哪里伤口在相同的核心。新的闭环控制策略可以包含有平滑控制斩波电压和电流控制。

引用

Ahmed M.M.R和苏米,“交流串激电动机的速度控制采用交流斩波电压控制,“IEEE conf.电力和能源会议,pp1-4, 2010年。
Tweig, N。T:“使用Buck-Boost变换器直流串激电动机的速度控制,“IEEE反式。电力系统会议,MEPCON 2006。11国际中东,卷2,页1 - 9,2006。
西法h·伊斯梅尔,”Bridgeless SEPIC整流器功率因数统一和传导损失,减少“IEEE反式。工业电子、vol.56、4号,1147 - 1157页,2009年。
杰夫王卫东,“基于SEPIC拓扑设计直流/直流转换器,”德州仪器半导体知识库主页,http /:support.ti.Com/sc/knowledgebase。