變壓控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　變壓控制的實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。

　　通過改變逆變橋的供電電壓，來調(diào)節(jié)加人電機(jī)繞組中的電流大小，以達(dá)到對電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的目的。因?yàn)殡姍C(jī)控制的核心芯片MC33035的供電電壓范圍是10～30V，如果在實(shí)驗(yàn)中供電電壓調(diào)節(jié)至10V以下（因原來供電的直流電源的電壓為＋28V，因此變壓實(shí)驗(yàn)不會超過30V的上限），極有可能導(dǎo)致MC33035的低壓保護(hù)動作或者邏輯控制不正確，從而使實(shí)驗(yàn)無法正常進(jìn)行，甚至導(dǎo)致電機(jī)故障。因此，進(jìn)行變壓控制實(shí)驗(yàn)時極有必要對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，為了使原來的電流保護(hù)電路仍然起作用，必須使兩個電源共地。

　　在驗(yàn)證了控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常并且保護(hù)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(yàn)，結(jié)果如表1所示。

　　以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析的變壓供電能夠減小損耗的結(jié)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(dǎo)致逆變橋上側(cè)P溝道MOSFET門極的驅(qū)動信號電壓值高于其源極的供電電壓，導(dǎo)致了開關(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(jī)處于非最佳換相狀態(tài)致使電機(jī)本身功耗增加兩部分。

　　在以上分析的基礎(chǔ)上，又采用了逆變橋（MPM3003）與控制器（MC33035）共同變壓的實(shí)驗(yàn)方案，以此來驗(yàn)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(wěn)速的方式自動對速度進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)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(yàn)中采集的相電壓和相電流的波形如圖⒋13所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

圖3 不同母線電壓下電機(jī)相電壓和相電流波形

　　由以上波形及數(shù)據(jù)可見，隨著供電電壓的降低，電機(jī)繞組中的電流脈動幅值明顯降低，電機(jī)在相同轉(zhuǎn)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(jié)果完全相符，說明PWM分量在電機(jī)本體中引起的損耗不可忽視，證實(shí)了通過減小電流脈動幅值來降低功耗的正確性，同時也驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的確是由控制芯片和逆變器芯片的電壓值匹配問題所導(dǎo)致。

　　雖然通過變壓控制的方法可以明顯減小電機(jī)的功耗，但是在工程應(yīng)用上它也有非常明顯的缺陷：壓控變壓源的工程實(shí)現(xiàn)較難（雖然壓控變壓源在工程上是可以實(shí)現(xiàn)的，但是在航天應(yīng)用的特殊背景下該方案必定增加系統(tǒng)復(fù)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也降低了電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（雖然降低系統(tǒng)的供電電壓可以減小功耗，但是隨著供電電壓的降低，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也會降低，因此不適合高轉(zhuǎn)速的應(yīng)用場合）。