變壓控制實驗結果及分析

　　變壓控制的實驗原理如圖1所示。

　　通過改變逆變橋的供電電壓，來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，如果在實驗中供電電壓調節至10V以下（因原來供電的直流電源的電壓為＋28V，因此變壓實驗不會超過30V的上限），極有可能導致MC33035的低壓保護動作或者邏輯控制不正確，從而使實驗無法正常進行，甚至導致電機故障。因此，進行變壓控制實驗時極有必要對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電路仍然起作用，必須使兩個電源共地。

　　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行了11000r／min的高速變壓實驗，結果如表1所示。

　　以上實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門極的驅動信號電壓值高于其源極的供電電壓，導致了開關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）共同變壓的實驗方案，以此來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，仍然采用鎖相環穩速的方式自動對速度進行控制，實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）。變壓實驗中采集的相電壓和相電流的波形如圖⒋13所示，實驗數據如表2所示。

圖3 不同母線電壓下電機相電壓和相電流波形

　　由以上波形及數據可見，隨著供電電壓的降低，電機繞組中的電流脈動幅值明顯降低，電機在相同轉速下的功耗明顯減小（功耗減小40％以上），這與之前的理論分析結果完全相符，說明PWM分量在電機本體中引起的損耗不可忽視，證實了通過減小電流脈動幅值來降低功耗的正確性，同時也驗證了實驗結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致。

　　雖然通過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現較難（雖然壓控變壓源在工程上是可以實現的，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，但是隨著供電電壓的降低，電機的最高轉速也會降低，因此不適合高轉速的應用場合）。