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(wěn)定發(fā)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(tǒng)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(tǒng)中, 當電機處于電動狀態(tài)時，電機消耗電能，電能從電網(wǎng)流出，經(jīng)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(tài)時，電機處于發(fā)電狀態(tài)，電能從電機流出，經(jīng)回收裝置的逆變，濾波，最終流入電網(wǎng)。

圖1 采用能量回饋制動的BLDC提升系統(tǒng)

1.1 BLDC制動狀態(tài)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(fā)電狀態(tài)能量回饋裝置拓主電路將直流無刷電動機制動發(fā)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(wǎng)。能量回饋裝置輸入端串聯(lián)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(tài)時，逆變器S1~S6全部處于關斷狀態(tài)，此時電能從電網(wǎng)流向電動機；當電動機工作在制動狀態(tài)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(wǎng)裝置開始工作，此時電能從電動機流向電網(wǎng)。

圖 2 BLCD發(fā)電狀態(tài)能量回饋裝置拓主電路

1.2 BLDC制動狀態(tài)再生能量回饋裝置主回路控制系統(tǒng)

圖3 為BLDC發(fā)電狀態(tài)能量回收并網(wǎng)裝置采用雙閉環(huán)控制，電壓外環(huán)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(jīng)PI調節(jié)器計算得到， 其值決定了有功功率的大小。電流內環(huán)控制有功電流的大小，電流內環(huán)將電壓外環(huán)輸出的電路值和內環(huán)反饋的電流值比較，誤差經(jīng)過PI調節(jié)器調節(jié)，實現(xiàn)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(jīng)坐標變換后進行PWM 調制，產生的驅動信號實現(xiàn)網(wǎng)側變換器的控制。

圖3 為BLDC制動狀態(tài)再生能量回饋裝置的主電路及控制電路的系統(tǒng)框圖

對電網(wǎng)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(shù)據(jù)處理。控制器經(jīng)過數(shù)據(jù)運算，發(fā)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(xiàn)BLDC制動狀態(tài)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(wǎng)控制器、三相電網(wǎng)功率電路及濾波電感構成的三相電網(wǎng)，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(xiàn)了無刷直流電機制動狀態(tài)下的能量回收。與傳統(tǒng)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(yōu)點。

參考文獻

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