永磁无刷直流电机驱动器并联系统环流的抑制*

由于高效率、高功率密度、高可靠性等特点，永磁无刷直流电机(Permanent Magnet BrushLess Direct Current Motor, PMBLDCM)得到了广泛应用[1-2]，大功率、大容量的驱动系统成为重要的发展方向之一。针对大功率的需求，由于功率开关的耐受电压、电流等级的限制，系统往往实现成本较高。为了满足大功率应用的需求，解决受限于耐受电压、电流和价格成本的问题，人们提出了用常规开关器件组合驱动的方式，这种扩大驱动器容量的方式主要有两种：一种是开关器件并联，另一种是驱动器并联。其中，开关器件并联的关键技术是使负载电流在并联的各个开关器件上平均分配，这就要求每个开关器件的开关时间和通态电阻等特性必须完全一致，这样才能保证电流的平均分配。但是实际中的开关器件特性很难保证完全一致，因此实现开关器件并联具有较高的技术难度。而驱动器并联是直接将驱动器进行并联，通过一个总控制器调整分配各驱动器的电流，可以方便地实现模块化，并且具有可靠性高、可扩展性和可维修性好等优点，特别适用于关键设备的驱动和冗余。[3]永磁无刷直流电机采用方波驱动方式，它的驱动器实际上也是一种逆变器形式，因此，逆变器的并联技术对于研究永磁无刷直流电机的驱动器并联问题具有同样的参考性。

逆变器并联技术目前在新能源分布式发电、不间断电源(Uninterruptible Power Supply, UPS)等领域得到了广泛运用[3-6]，大量的研究通过逆变器并联实现了交流电机驱动系统的扩容[7-10]，但这些研究主要是针对驱动器输出电压波形为标准正弦波的情况，一般通过控制正弦基准值，或者控制有功与无功的分配，或者通过矢量控制等方法使各逆变器输出电压幅值和相位保持一致。而永磁无刷直流电机系统一般采用两相导通方式[1]，以方波电压给电机馈电，电机电流波形容易出现不规则的状态，难以对相电流进行dq变换，且这种控制方式下，电机只有两相导通，所以不可简单直接套用逆变器并联的控制方法。

2.狠抓制度体系的落实。从某种意义上说，制度体系落实的样态对于企业应对法律风险更具有实际意义。所以，对企业而言，在注重风险防控制度体系建设的同时，应当下大力气抓好制度体系的落实工作。只有各项制度变成各职能部门直至具体岗位员工的自觉行为，才能使制度体系发挥其应有的功效。

从供电方式角度，逆变器并联通常有独立直流电源供电和共用直流电源供电两种方式[11]。其中，共用直流电源供电方式为逆变器之间的零序环流提供了通路[12]，而独立电源供电方式从物理上阻断了零序环流通路，在一些特殊的移动应用场合具有明显优势，不仅如此，这种方式由于电源各自独立，系统的可维护性和可扩展性也较好。

本文主要针对永磁无刷直流电机，研究独立直流电源供电的驱动器并联技术。通过分析驱动器并联系统的模型，分析没有环流控制下的并联系统的环流情况，提出了基于环流反馈的控制结构。通过这种结构调整驱动器开关管输出的占空比，使不同驱动器输出电压趋近一致，从而减小环流。

1 独立直流电源供电的驱动器并联PMBLDC系统模型

1.1 永磁无刷直流电机系统的模型

永磁无刷直流电机驱动器和电机连接的简化等效模型如图1所示。T1～T6为功率开关，iA、iB、iC为三相电流，eA、eB、eC为三相反电势，UN为中心点电压。假设电机三相对称，各相电阻和电感分别为r和L。

稀浆混合料加入纤维后，多向随机、纵横分布的纤维分布，形成了复杂的空间网络结构，使得混合料中结构沥青的比例大幅度提升，沥青胶浆的黏滞性得到提升，提高了高温稳定性，使微表处的使用寿命得到提升。

  

图1 电机系统的简化等效模型Fig.1 Simplified equivalent model of motor system

电机采用二二导通方式，每个瞬间有两个功率开关导通。假设某一瞬间，A、B两相导通，即T1、T6导通，图2为简化电路。驱动系统通过顺序控制功率开关的通断，使电机运动。

  

图2 A、B两相导通简化电路图Fig.2 Simplified circuit diagram of phase A and B on-state

1.2 驱动器并联系统模型

永磁无刷直流电机独立直流电源供电的驱动器并联系统原理如图3所示，两个独立电源u1和u2分别为两个驱动器供电，驱动器输出端均串有电感，分别为L1和L2。

  

图3 独立电源供电的驱动器并联系统原理图Fig.3 Schematic diagram of separate supplies for parallel drivers

1.2.1环流的形成

假设A、B两相导通情况下，在前面的基础上，不考虑驱动器输出端的均流电感，驱动系统的内部电路如图4所示。U1、U2分别表示驱动器1和驱动器2的直流电源，T11、T16分别表示驱动器1的第1和第6个功率开关，T21、T26分别表示驱动器2的第1和第6个功率开关。

  

图4 驱动系统内部电路图Fig.4 Drive system internal circuit diagram

定义并联系统中的环流为：

 

(1)

式中，Io1和Io2表示驱动器1和驱动器2的输出电流，Ih为驱动器之间的环流。

电机的电流调节器采用PI调节，所以

假设两个驱动器的功率开关管参数完全一致，导通电阻为Ron，当驱动器1和驱动器2的输入电压不一致时，驱动器之间的环流为：

 

(2)

由于功率开关的导通电阻一般都很小，独立电源之间微小的电压差异就会导致很大的环流。

1.2.3 功率开关管的导通电阻不一致

由于两个功率开关的特性不可能完全一致，针对这种情况，讨论其导通电阻对环流的影响。当功率开关导通时，假设图4中两个驱动器的输入电压一致，而驱动器1和驱动器2的功率开关的导通电阻不一致，分别为Ron1和Ron2，驱动器之间的环流为：

 

(3)

式中，U为驱动器的供电电源，E为电机的端电压。从式(3)可以看出，功率开关导通电阻的不一致导致驱动器输出的电压不一致从而产生环流。从以上分析可以看出，驱动器并联产生的环流是各驱动器输出电压不一致导致的。

1.3 环流特性分析

未加环流反馈控制环节时，仿真结果如图9所示。

2组治疗后的Scr和BUN水平高于且GFR水平低于治疗前(P<0.05)；治疗前后，2组Scr、BUN和GFR水平差异均无统计学意义(P>0.05)，见表2。

  

图5 驱动器并联系统简化等效电路图Fig.5 Simplified equivalent circuit of paralleled inverters

图5中Z1表示驱动器1的等效输出电阻和串接在驱动器1上的均流电感等效的阻抗Z1=r1+jwL1，Z2表示驱动器2的输出电阻和串接在驱动器2上的均流电感等效成的阻抗Z2=r2+jwL2，Zm表示电机的等效阻抗Zm=rm+jwLm。

产业在线监测数据显示，2018年10月冷柜生产170万台，同比增长6.4%。销售出货166.3万台，同比增长4%。整体来看，10月冷柜市场受出口市场拉动表现良好，国内市场特别是家用冷柜方面表现依旧低迷。

若各驱动器内部特性一致，则其等效输出电阻的差异体现为输出电压的幅值差异。因此，为了简化分析，假设各驱动器的内部电阻一致，它们实际不一致可以转移表示为供电电源电压幅值的不一致。假设两个驱动器串入的均流电感均一致，即Z1=Z2=Z，且Zm≫Z则依据叠加定理有：

uo

(4)

由式(4)可以看出，驱动器等效输出电阻和串接的均流电感越大，电机线圈上的供电电压就越小，当串入均流电感较大时，会影响电机的调速性能。

 

(5)

 

(6)

则由式(4)～(6)可得

 

(7)

式(7)表明，环流大小与串接的均流电感大小密切相关，若均流电感较小，则很小的电压差会导致很大的环流。

同时，ITU-T也在考虑10 G PON（XG-PON1和XGS-PON）后的技术。基于前期G.sup.hsp后10 G PON技术研究白皮书，并考虑了家庭用户、企业用户、移动回传和前传的需求，运营商和设备商等产业链逐步形成了对于NG-PON的需求，于2018年1月立项了50 G PON的相关标准，同时立项的还有基于多波长叠加的NGPON2下一代，其中每个通道的速率为50 Gbit/s。

由式(1)可得

Io2=Io1-2Ih

(8)

若Io1< 2Ih，则Io2为负，表示驱动器2不向负载馈电，变成了负载，原先的两组电源供电变成了单组电源供电，这对系统是非常危险的。因此，在这种情况下，需要应用大均流电感来抑制环流，结合式(4)的结论，均流电感值不能取得过大，否则影响电机的调速性能。所以，均流电感值的选取应折中考虑。为了避免上述问题的出现，若是采用合适的环流控制策略，均流电感的取值可以减小。

2 环流抑制的控制结构

图6所示为无刷直流电机的转速电流双闭环控制系统原理图，转速调节器和电流调节器均采用比例积分(Proportion Integration, PI)策略，转速调节器输出参考输入电流，电流调节器输出开关管PWM波的占空比为D，使电机两相通电绕组上的电压为DU，U为直流电源电压。

  

图6 无刷直流电机闭环调速系统原理图Fig. 6 Schematic of BLDC speed regulate system

图7为不加环流反馈控制时，驱动器并联系统结构图。其中，Iref为电机闭环控制的速度调节器计算得出的参考电流的一半，Io1为驱动器1的直流电源母线电流，Io2为驱动器2的直流母线输出电流。Gi(s)表示无刷直流电机电流调节器的传递函数，G1(s)表示驱动器1的输出传递函数，G2(s)表示驱动器2的输出传递函数。

  

图7 无环流控制系统框图Fig.7 Control block diagram without circuit current control

无刷直流电机系统采用直流电源供电，二二导通方式。为了方便分析，不失分析结果的准确性，此处将开关管导通电阻的差异和通态压降的差异转换到直流电源电压的差异上。另一方面，开关管导通电阻小，可以忽略导通电阻对分析的影响。Io1和Io2分别为不同直流电源的输出电流。

 

(9)

 

(10)

从式(9)和式(10)可以看出，由于直流电源幅值的差异，虽然两个驱动器的参考电流大小一致，但两驱动器的输出电压仍难以保持一致，因此，必须引入环流反馈的控制策略。

根据分析可知，只要两个并联驱动器输出电压存在着差异，系统就会出现环流。因此，只需针对其中一个驱动器的环流进行控制，调整控制它的输出电压大小，使两个并联驱动器输出电压保持一致，系统的环流就可以被抑制[13]。

在髙中数学的教学过程中不仅要教会学生相应的数学知识、数学技能,更重要的是要教会学生数学思维方法、数学的探索精神,将数学文化有效的渗透到数学教学的方方面面.教学实践证明，在教学过程中,引导学生学会主动探究和思考,发挥探究的主动性，有利于提升学生的学习兴趣，改善学生的学习方式，提高学生的数学素养,帮助学生养成主动学习和思考的学习习惯.

根据式(1)计算环流，当检测到该值为正时，说明驱动器1的输出电压大于驱动器2的输出电压，此时应通过减小驱动器1的PWM信号的占空比来降低驱动器1的输出电压。控制框图如图8所示，虚线框中即为加入的环流反馈结构，将环流检测结果乘以一个反馈系数，反馈到电流调节器的输入端，从而调整该驱动器的占空比，使两个驱动器输出电压接近一致。

  

图8 环流控制系统框图Fig.8 Control block diagram without circuit current control

无人机遥感技术主要由无人机以及无人机遥控器构成，其中主要分为以下三个部分。第一部分是地面系统，包括地面上的无人机遥控器等其他辅助设备。第二部分是任务的载荷系统，其中包括火控系统以及探测目标等有关系统。第三部分是无人机部分，主要指的是无人机主机。无人机一般较为轻盈小巧，结构较为简单，因此在飞行时极为灵活，操作较传统的航拍更为简单，并且可以呈现出更加清晰的画面以及分辨率更高的反馈图像[1]。

 

(11)

 

(12)

将式(11)、式(12)代入式(7)，有

 

(13)

因为1+Gi(s)·G1(s)·u1和1+Gi(s)·G2(s)·u2近似相等，故式(13)可化简为：

 

(14)

式中，Z(s)为驱动器和串接的均流电感所形成的阻抗，Z(s)=sL+r。

1.2.2 驱动器直流电源的电压不一致

 

(15)

G1(s)和G2(s)分别为驱动器1和驱动器2的输出传递函数，所以

 

(16)

 

(17)

综合式(16)和式(17)，得

 

(18)

将式(18)代入式(14)，得

 

(19)

故闭环系统的稳定判据是：

 

所以在kdIh取正的情况下，系统稳定。

学生党员对公寓同学的三知道：一是知道学生公寓内特殊学生（贫困生、心理异常）学生学习、生活情况；知道学生宿舍内存在哪些矛盾、不稳定因素；第一时间知道学生公公寓突发事件。

从式(14)可以看出，随着环流反馈环节的加入，环流将会减小。

3 仿真分析

[3] 易桂平, 刘悦, 胡仁杰. 分布式电源并联运行控制新方法[J]. 电机与控制学报, 2016, 20 (3): 109-118.

 

表1 电机参数

 

Tab.1 Parameters of motor

  

参数值额定电压/V80极对数4相电阻/Ω0.1596相电感/mH0.2反电系数/(V·r-1·min)0.0175转矩惯量/(kg·m2)0.00062额定转速/min-13900

驱动器1端的直流电源为85 V，驱动器2端的直流电源为80 V，驱动器输出端串入的均流电抗为0.03 mH。电机的负载转矩为20 N·m。

驱动器并联的简化等效电路图如图5所示。

  

(a) 两个逆变器A相输出电流对比(a) Comparation between two output currents of phase A of two inverters

  

(b) 测得逆变器A相环流(b) Measurement of circulate current of phase A of inverter

  

(c)电机A相电流(c) Current of phase A of motor图9 未加环流反馈控制环节仿真结果Fig. 9 Simulation result without feedback control structure

为方便计算机处理,CEC语料采用的是XML语言进行的标注,而且事件要素分为已存在要素的指代标注和缺省要素的指代标注,所以指代的标注有两种标注形式:第一种形式为属性(Attribute)标注,这种标注只针对要素的指代,与事件的标注无关,目的是进行事件中缺省要素的标注;第二种形式为标识(Tag)标注,即单独用一个标识进行指代标注,目的是进行已存在要素的标注和事件的标注.

从仿真结果可看出：驱动器并联并没有影响到电机的动态调速效果，不加环流控制的驱动器并联系统，均流效果不好，系统中的环流比较大；加入环流控制策略后，环流减小，验证了该控制结构的有效性。从环流的波形来看，环流中出现了尖峰值。

设置电压幅值差异不同的情况进行仿真，将环流峰值进行对比，结果见表2。

从表2可以随着幅值差的增大，环流的峰值和有效值均增大，环流的有效值增速不大，但是环流的峰值增加得很大。因此为了限制环流尖峰值对逆变器的影响，并且减少环流所引起的功率损耗，应该对电压幅值差进行限制。电压幅值差太大，会超出环流反馈所能控制的范围。

具体如下：

  

(a) 两个逆变器A相输出电流对比(a) Comparation between two output currents of phase A of two inverters

  

(b) 测得逆变器A相环流(b) Measurement of circulate current of phase A of inverter图10 加入反馈控制结构仿真结果Fig.10 Simulation result with feedback control structure

  

图11 电机转速波形Fig.11 Speed waveform of motor

 

表2 仿真结果

 

Tab.2 Simulation result

  

电压幅值差/V环流峰值/A环流有效值/A29.61.844412.52.434616.52.6238202.7981020.53.2491223.33.836

4 结论

针对独立电源供电的驱动器并联结构的永磁无刷直流电机系统，得到以下结论：

1)基于环流反馈的控制结构，根据环流大小调整控制各驱动器的占空比，使驱动器各自输出电压幅值保持一致，从而抑制系统环流的大小。

2)仿真结果表明，在本控制结构下，若两路独立供电电源的电压幅值差值在较小电源电压的10%以内变化时，所提控制策略能够有效抑制环流。

3)本控制结构能够独立控制运行，增加了系统的可靠性，但由于各驱动器的占空比的调制不同步，导致各开关管通断不同步，虽然抑制了环流大小，但仍存在着电流尖峰。

这种控制结构降低了控制的复杂性，能够抑制环流，实现了独立电源供电的无刷直流电机驱动器并联，所提控制策略并不能完全消除系统的环流，有关问题有待进一步研究。

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在MATLAB/simulink中搭建仿真模型，模型中电机参数见表1。

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美国乔治亚大学老年病学中心副主任安娜·格拉斯曾针对中国老年医学的状况发表过论文，对于中国对阿尔茨海默病的更名行动，格拉斯有所关注，她对《中国新闻周刊》表示，“比起‘认知障碍症’‘失忆症’等各种名词，‘阿尔茨海默病’这个名称界限清晰，是一个更为严谨的医学名词。”格拉斯说，“阿尔茨海默病的防治在美国也面临着不少难题，然而我对中国民众对这种病症的缺乏了解，更加感到震惊。”

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以某区域中心变电站夏季高负荷为例，进行计算的此变电站共有20条馈线，包括有三双接线，除自环线路以后，有14条可以通过联络开关所负荷倒到对侧去，共有7条单路径馈线，7条多路径馈线。

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2.1一般情况比较:两组产妇均顺利娩出婴儿,观察组产妇麻醉起效时间为(4.8±3.4)min,至胎儿娩出时间为(5.8±1.2h),最高阻滞平面为(5.3±0.7min),均显著低于对照组,差异具有统计学意义(p<0.05);而两组患者镇痛指数无统计学差异(P>0.05)。详见下表:

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