無刷直流電機能量回饋關鍵技術研究

邱歡

（西安石油大學電子工程學院，陜西西安，710065）

0 引言

能源是社會長期穩定發展的關鍵因素之一，隨著社會的不斷進步對能源的需求量也日益增大，使得能源枯竭日益嚴重。能量回收就是將不能儲存再利用的將浪費掉的能量形式，比如熱能、機械能、光能等轉化為電能儲存起來再利用。能量回收為緩解當今社會能源供求嚴重不足提供了有效的保障。它對于降低能源消耗，提高能源使用率這一重要課題具有重大的意義。

1 系統總體方案設計與結構框圖

如圖1所示，本設計的總體框圖由三大部分構成，分別是電動機、逆變器、回收裝置。在BLDC提升系統中, 當電機處于電動狀態時，電機消耗電能，電能從電網流出，經變頻器的整流、濾波、逆變，最終流入電機，當電機處于制動狀態時，電機處于發電狀態，電能從電機流出，經回收裝置的逆變，濾波，最終流入電網。

圖1 采用能量回饋制動的BLDC提升系統

1.1 BLDC制動狀態再生能量回饋裝置主回路

其主要拓撲圖結構如圖2所示，BLCD發電狀態能量回饋裝置拓主電路將直流無刷電動機制動發電時在電容C上產生的泵升電壓逆變成交流電，回饋給電網。能量回饋裝置輸入端串聯兩個二極管VD1、VD2，再連接到逆變器的直流電壓上。當電動機工作在電動狀態時，逆變器S1~S6全部處于關斷狀態，此時電能從電網流向電動機；當電動機工作在制動狀態時，電動機產生的電能使變頻器直流母線側電容C的電壓開始泵升，如果直流母線側電容C的泵升電壓超過啟動逆變器的工作電壓，BLDC能量回收并網裝置開始工作，此時電能從電動機流向電網。

圖 2 BLCD發電狀態能量回饋裝置拓主電路

1.2 BLDC制動狀態再生能量回饋裝置主回路控制系統

圖3 為BLDC發電狀態能量回收并網裝置采用雙閉環控制，電壓外環主要控制三相逆變器的直流側電壓，直流電壓指令值與反饋電壓求差值。有功電流指令值經PI調節器計算得到， 其值決定了有功功率的大小。電流內環控制有功電流的大小，電流內環將電壓外環輸出的電路值和內環反饋的電流值比較，誤差經過PI調節器調節，實現功率因素為1的逆變過程，其中無工電流分量設置為0，即fffff3=0。[1-3]逆變器交流側參考電壓 ud、uq經坐標變換后進行PWM 調制，產生的驅動信號實現網側變換器的控制。

圖3 為BLDC制動狀態再生能量回饋裝置的主電路及控制電路的系統框圖

對電網側三相交流電壓 (ea、eb、ec)、三相電流 (ia、ib、ic)和逆變后直流電壓Udc進行采樣，A/D轉換后送入控制器進行數據處理。控制器經過數據運算，發出控制信號到逆變器的驅動電路，控制逆變電路的通斷，實現BLDC制動狀態再生能量回饋。

2 實驗裝置

實驗裝置如圖5所示，該裝置以TMS320F2812為核心芯片，主要包括三相電網控制器、三相電網功率電路及濾波電感構成的三相電網，以及由能量回饋控制器、能量回饋功率電路、信號調理電路構成的能量回饋裝置

圖4 實驗裝置圖

3 實驗總結

本文通過建立無刷直流電機能量回饋低壓模型，實現了無刷直流電機制動狀態下的能量回收。與傳統的通過熱能將能量消耗的方式相比，該裝置具有能量利用率高，能源消耗少等優點。

參考文獻

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