[發明專利]新型高穩定度正弦波陀螺馬達驅動電源

無效

• 申請號: 200710112909.6
• 申請日: 2007-09-03
• 公開（公告）號: CN101247106A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 趙劍青;馬德林;郝正江
• 申請（專利權）人: 趙劍青;馬德林;郝正江
• 主分類號: H02P27/05
• 分類號: H02P27/05;H02P1/12;G01C19/10
• 代理公司: 廈門原創專利事務所
• 代理人: 高巍

技術領域

本發明涉及三相電機馬達驅動電源，尤其是一種提高陀螺馬達性能、增大其輸出功率的新型高穩定度正弦波陀螺馬達驅動電源。

背景技術

目前絕大多數的陀螺電機利用直流/交流逆變器產生的矩形波電源驅動，根據頻譜分析可知，矩形波含有大量的高次諧波，它們對于電機運行及陀螺的性能都有很大的影響：

一、是矩形波電源諧波對于對陀螺性能的影響主要表面在失調轉速誤差的精度問題。

陀螺的調諧角速度為：????Ω₀＝√[K/(a-c/2)]

陀螺的實際自轉角速度為：?δΩ

Ω’＝Ω₀+δΩ????(其中δΩ為調諧轉速誤差)

陀螺角動量為：H’＝C(Ω₀+δΩ)＝H(1+δΩ/Ω₀)?(其中H＝CΩ₀)

陀螺輸出角為：

ωA＝-kα′/H-δΩ*ωA/Ω₀＝-M’kB/H-δΩ*ωA/Ω₀＝ωA-δΩ*ωA/Ω₀

ωB＝-kβ′/H-δΩ*ωB/Ω₀＝-M’kA/H-δΩ*ωB/Ω₀＝ωB-δΩ*ωB/Ω0

所以由δΩ引起的角速度測量誤差為：

δωA5＝^ωA-ωA＝δΩ*ωA/Ω₀

δωB5＝^ωB-ωB＝δΩ*ωB/Ω₀

其中，δΩ/Ω₀稱為失調轉速誤差系數，其大小取決于陀螺驅動電機供電頻率穩定度，例如若供電頻率穩定度為10^-4，則失調轉速誤差系數為20°/h(rad/s)，當基座角速度為ωA＝1?rad/s或ωB＝1?rad/s時，由于供電頻率穩定度引起的角速度測量誤差達到20°/h(rad/s)，若供電頻率穩定度提高一個數量級，則角速度測量誤差降低一個數量級。

二、諧波主要給電機帶來以下幾方面的影響：

(一)增加電動機的附加損耗，降低效率，嚴重時使電動機過熱。損耗大。因鑄鋁材料采用電阻率較高的鋁合金材料，其本身電阻就較大，鑄鋁轉子導條的電阻在諧波頻率作用下，由于集膚效應會明顯增大，電阻的增加使銅耗也增加。因此，電機總損耗將比較大，這些損耗使電機額外發熱，其溫升一般約增加10-20％″；

(二)當頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機產生機械振動，發出很大的噪聲。諧波給電機帶來的另一主要影響是諧波轉矩，諧波轉矩將造成電機在低頻運行時產生轉矩脈動，要避免低頻轉矩脈動，使電機運轉平穩，設計上除采取降低諧波轉矩的影響外，適當提高電機漏電阻也可以降低諧波轉矩，但會給電機其它性能帶來影響，這就需要在電機設計中作全面考慮，諧波電磁噪聲與振動。普通異步電動機采用逆變器供電時，會使電磁、機械、通風等因素所引起的振動和噪聲變得更加復雜，逆變電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波的頻率和電動機機械構件的固有振動頻率一致或接近時，將產生共振現象，從而使噪聲增大。由于電動機工作頻率范圍寬，轉速變化范圍大，各種電磁力波頻率很難避開電動機的各種構件的固有頻率。因此，矩形波電波驅動電機的噪聲比正弦波電源供電的電機噪聲一般約增加15-25％左右；

(三)負序諧波在電動機中產生負序旋轉磁場，形成與電動機旋轉方向相反的轉矩，起制動作用，從而減少電動機的功率輸出；????

(四)附加dv/dt、di/dt應力

(1)直流/交流逆變器輸出的是方波交流，其中必然包含各次諧波。諧波的存在，對電機絕緣有附加dv/dt、di/dt應力，影響電機壽命；諧波電流使電機發熱，損耗增加，對一般電機不得不“降低功率”使用”；

(2)對輸出電纜長度也有限制。如果安裝諧波濾波器來抑制諧波對電網的影響，除增加設備外，還因濾波器的制造與電網參數有關，一旦參數有變，又得重新調諧，相當麻煩；

(3)除采用脈寬調制(PWM)技術外，還普遍采用多重化聯接，即將相同的幾個逆變器輸出矩形交流的相位錯開，然后迭加成梯形波。正弦脈寬調制(SPWM)的單相和三相波形，分別為單極式和雙極式SPWM，不包括11次以下的諧波諧波。