变压控制实验结果及分析

　　变压控制的实验原理如图1所示。

　　通过改变逆变桥的供电电压，来调节加人电机绕组中的电流大小，以达到对电机的电流和转速进行控制的目的。因为电机控制的核心芯片MC33035的供电电压范围是10～30V，如果在实验中供电电压调节至10V以下（因原来供电的直流电源的电压为＋28V，因此变压实验不会超过30V的上限），极有可能导致MC33035的低压保护动作或者逻辑控制不正确，从而使实验无法正常进行，甚至导致电机故障。因此，进行变压控制实验时极有必要对MC33035（包括其他控制芯片及器件）和逆变桥分别供电，用原有的＋28V直流电源为MC33035供电，0～30V变压源为逆变桥供电。
　　同时，为了使原来的电流保护电路仍然起作用，必须使两个电源共地。
 
　　在验证了控制系统各项功能正常并且保护有效的情况下，在磁悬浮控制力矩陀螺上进行了11000r／min的高速变压实验，结果如表1所示。

　　以上实验结果与理论分析的变压供电能够减小损耗的结论不符，由分析得出的原因是由于采用逆变桥（MPM3003）与控制器（MC33035）分别供电，可能导致逆变桥上侧P沟道MOSFET门极的驱动信号电压值高于其源极的供电电压，导致了开关电路引起的功耗增加。此功耗的增加包括逆变器本身的功耗增加，和由此引起的换相滞后使电机处于非最佳换相状态致使电机本身功耗增加两部分。
 
　　在以上分析的基础上，又采用了逆变桥（MPM3003）与控制器（MC33035）共同变压的实验方案，以此来验证以上分析的正确性及控制芯片与逆变器芯片的电压匹配问题，其原理如图2所示。

　　该方案只需将原有的模拟控制电路的供电电源改为0～30V的变压电源，仍然采用锁相环稳速的方式自动对速度进行控制，实验中应注意将变压范围保持在控制芯片最低工作电压以上（＞10V）。变压实验中采集的相电压和相电流的波形如图⒋13所示，实验数据如表2所示。

         图3 不同母线电压下电机相电压和相电流波形

　　由以上波形及数据可见，随着供电电压的降低，电机绕组中的电流脉动幅值明显降低，电机在相同转速下的功耗明显减小（功耗减小40％以上），这与之前的理论分析结果完全相符，说明PWM分量在电机本体中引起的损耗不可忽视，证实了通过减小电流脉动幅值来降低功耗的正确性，同时也验证了实验结果的确是由控制芯片和逆变器芯片的电压值匹配问题所导致。
 
　　虽然通过变压控制的方法可以明显减小电机的功耗，但是在工程应用上它也有非常明显的缺陷：压控变压源的工程实现较难（虽然压控变压源在工程上是可以实现的，但是在航天应用的特殊背景下该方案必定增加系统复杂性、降低可靠性和增加重量）；降低供电电压在降低功耗的同时也降低了电机的最高转速（虽然降低系统的供电电压可以减小功耗，但是随着供电电压的降低，电机的最高转速也会降低，因此不适合高转速的应用场合）。