變壓控制實(shí)驗結果及分析

　　變壓控制的實(shí)驗原理如圖1所示。

　　通過(guò)改變逆變橋的供電電壓，來(lái)調節加人電機繞組中的電流大小，以達到對電機的電流和轉速進(jìn)行控制的目的。因為電機控制的核心芯片MC33035的供電電壓范圍是10～30V，如果在實(shí)驗中供電電壓調節至10V以下（因原來(lái)供電的直流電源的電壓為＋28V，因此變壓實(shí)驗不會(huì )超過(guò)30V的上限），極有可能導致MC33035的低壓保護動(dòng)作或者邏輯控制不正確，從而使實(shí)驗無(wú)法正常進(jìn)行，甚至導致電機故障。因此，進(jìn)行變壓控制實(shí)驗時(shí)極有必要對MC33035（包括其他控制芯片及器件）和逆變橋分別供電，用原有的＋28V直流電源為MC33035供電，0～30V變壓源為逆變橋供電。
　　同時(shí)，為了使原來(lái)的電流保護電路仍然起作用，必須使兩個(gè)電源共地。

　　在驗證了控制系統各項功能正常并且保護有效的情況下，在磁懸浮控制力矩陀螺上進(jìn)行了11000r／min的高速變壓實(shí)驗，結果如表1所示。

　　以上實(shí)驗結果與理論分析的變壓供電能夠減小損耗的結論不符，由分析得出的原因是由于采用逆變橋（MPM3003）與控制器（MC33035）分別供電，可能導致逆變橋上側P溝道MOSFET門(mén)極的驅動(dòng)信號電壓值高于其源極的供電電壓，導致了開(kāi)關(guān)電路引起的功耗增加。此功耗的增加包括逆變器本身的功耗增加，和由此引起的換相滯后使電機處于非最佳換相狀態(tài)致使電機本身功耗增加兩部分。

　　在以上分析的基礎上，又采用了逆變橋（MPM3003）與控制器（MC33035）共同變壓的實(shí)驗方案，以此來(lái)驗證以上分析的正確性及控制芯片與逆變器芯片的電壓匹配問(wèn)題，其原理如圖2所示。

　　該方案只需將原有的模擬控制電路的供電電源改為0～30V的變壓電源，仍然采用鎖相環(huán)穩速的方式自動(dòng)對速度進(jìn)行控制，實(shí)驗中應注意將變壓范圍保持在控制芯片最低工作電壓以上（＞10V）。變壓實(shí)驗中采集的相電壓和相電流的波形如圖⒋13所示，實(shí)驗數據如表2所示。

圖3 不同母線(xiàn)電壓下電機相電壓和相電流波形

　　由以上波形及數據可見(jiàn)，隨著(zhù)供電電壓的降低，電機繞組中的電流脈動(dòng)幅值明顯降低，電機在相同轉速下的功耗明顯減?。ü臏p小40％以上），這與之前的理論分析結果完全相符，說(shuō)明PWM分量在電機本體中引起的損耗不可忽視，證實(shí)了通過(guò)減小電流脈動(dòng)幅值來(lái)降低功耗的正確性，同時(shí)也驗證了實(shí)驗結果的確是由控制芯片和逆變器芯片的電壓值匹配問(wèn)題所導致。

　　雖然通過(guò)變壓控制的方法可以明顯減小電機的功耗，但是在工程應用上它也有非常明顯的缺陷：壓控變壓源的工程實(shí)現較難（雖然壓控變壓源在工程上是可以實(shí)現的，但是在航天應用的特殊背景下該方案必定增加系統復雜性、降低可靠性和增加重量）；降低供電電壓在降低功耗的同時(shí)也降低了電機的最高轉速（雖然降低系統的供電電壓可以減小功耗，但是隨著(zhù)供電電壓的降低，電機的最高轉速也會(huì )降低，因此不適合高轉速的應用場(chǎng)合）。