理论教育 车辆转向控制及正反转方法优化

车辆转向控制及正反转方法优化

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:无刷直流电动机控制器不允许反接到直流电源上,它的转向控制是以改变各相绕组的通电相序来实现的。图12-4所示的位置传感器信号处理逻辑电路基于上述原理,正反转控制接口信号是W。一般情况下,正反转控制应在电动机停止转动后实施。如果电动机还在转动情况下改变正反转控制接口信号实施突然反转,反向制动电流会很大,可能危害电动机和控制器。

车辆转向控制及正反转方法优化

有刷永磁直流电动机可以利用改变连接到电枢两端直流电压的极性来实现电动机的正反转。无刷直流电动机控制器不允许反接到直流电源上,它的转向控制是以改变各相绕组的通电相序来实现的。可采用如下几种方法改变电动机转向:

1)控制器设有正反转控制接口,以逻辑电平来控制电动机的正转和反转,这是最常见的方法。

无刷直流电动机正反转工作原理以简单的三相非桥式三拍工作方式为例说明如下。此电动机一个工作周期有三个状态,每个状态为120°(电角度),正转时的绕组通电相序是A-B-C,反转时的通电相序是A-C-B。讨论其中一个状态,例如A相通电状态。参见图12-3相量图,FA为A相通电产生的磁动势,Φ是转子磁通,它们之间的夹角为θ。所产生的转矩T与它们之间的关系如下式所示:

T=FAΦsinθ

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图12-3 正反转控制相量图

为了方便说明,图中将圆周均分为6份,分别标以1、2、3、4、5、6。同时还标出三个霍尔传感器位置。在逻辑设计正确情况下,正转时,转子磁通相量978-7-111-33472-9-Chapter12-4.jpg(可以理解为磁极N中线)应处在图中正转状态角1-2-3扇形区间内,即θ由150°变化到30°,它与磁动势FA相互作用产生正转转矩,使电动机正向旋转(这里是顺时针方向)。反转时,转子磁通相量978-7-111-33472-9-Chapter12-5.jpg处在图中反转状态角6-5-4扇形区间内,即θ由-150°变化到-30°,它与磁动势FA相互作用产生反转转矩,使电动机反向旋转。该图说明,正转状态角和反转状态角在空间上呈现镜像关系,或者说,对于同一个通电状态(本例是A相通电状态),正转时的转子位置区和反转时的转子位置区相差180°。这个结论对于其他相数、其他工作方式也是正确的。

图12-4所示的位置传感器信号处理逻辑电路基于上述原理,正反转控制接口信号是WW=1为正转;W=0为反转。来自霍尔传感器信号为HAHBHC。通常要求设计位置传感器输出信号占空比为1∶1。另外,R接口是起停控制端,D接口为PWM控制端。图中的逻辑关系是

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为了使各相导通角均为120°,连接A、B、C三相功率开关的驱动信号SASBSC由下式处理:

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利用上述逻辑关系,图12-5给出正反转控制的波形。图中标出1、2、3、4、5、6位置。从图中可见,驱动A相开关的信号SA正转时在1-2-3区间为1,反转时在6-5-4区间为1;正转时的通电相序是A-B-C,反转时的通电相序是A-C-B,符合图12-3所示正反转控制相量图的要求。(www.daowen.com)

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图12-4 三相非桥式三状态工作方式的位置传感器信号处理逻辑电路

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图12-5 正反转控制的波形

上述正反转控制原理和逻辑处理方法同样也适用于其他换相导通工作方式。条件是位置传感器安放位置正确,而且传感器输出信号占空比为1∶1。

2)由上述正反转控制原理分析可知,也可以在三相电动机内设置两套位置传感器,三个位置传感器为正转用,另外三个位置传感器为反转用。它们在空间分布应呈现180°相位差关系。

3)早年曾经有采用霍尔元件作位置传感器的,在此情况下,将每个霍尔元件的一对电流端互换,或一对电动势端互换来实现正反转。

4)每相绕组两端的连接互换。例如三相星形接法绕组,将原接法三个相绕组的尾为公共点改为它们的头为公共点。适用于控制器没有反转控制功能的情况。

5)控制器没有反转控制功能的情况下,还可以将每个位置传感器输出信号都先做一次逻辑非的变换,再连接到控制器,电动机转向就能改变。

一般情况下,正反转控制应在电动机停止转动后实施。如果电动机还在转动情况下改变正反转控制接口信号实施突然反转,反向制动电流会很大,可能危害电动机和控制器。如果实际有突然反转的需要,应当在控制程序上设置降速过程,等电动机转速降低到某一安全低速后,才实施反转。特别是桥式驱动情况下,如果电动机突然反转,由于功率开关器件存在开关时延,有可能引起同一桥臂上下开关的直通,造成短路事故,损坏功率开关器件和电机绕组。

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