[发明专利]新型高稳定度正弦波陀螺马达驱动电源

说明书

技术领域

本发明涉及三相电机马达驱动电源，尤其是一种提高陀螺马达性能、增大其输出功率的新型高稳定度正弦波陀螺马达驱动电源。

背景技术

目前绝大多数的陀螺电机利用直流/交流逆变器产生的矩形波电源驱动，根据频谱分析可知，矩形波含有大量的高次谐波，它们对于电机运行及陀螺的性能都有很大的影响：

一、是矩形波电源谐波对于对陀螺性能的影响主要表面在失调转速误差的精度问题。

陀螺的调谐角速度为：    Ω₀＝√[K/(a-c/2)]

陀螺的实际自转角速度为： δΩ

Ω’＝Ω₀+δΩ    (其中δΩ为调谐转速误差)

陀螺角动量为：H’＝C(Ω₀+δΩ)＝H(1+δΩ/Ω₀) (其中H＝CΩ₀)

陀螺输出角为：

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引起的角速度测量误差为：

δωA5＝^ωA-ωA＝δΩ*ωA/Ω₀

δωB5＝^ωB-ωB＝δΩ*ωB/Ω₀

其中，δΩ/Ω₀称为失调转速误差系数，其大小取决于陀螺驱动电机供电频率稳定度，例如若供电频率稳定度为10^-4，则失调转速误差系数为20°/h(rad/s)，当基座角速度为ωA＝1 rad/s或ωB＝1 rad/s时，由于供电频率稳定度引起的角速度测量误差达到20°/h(rad/s)，若供电频率稳定度提高一个数量级，则角速度测量误差降低一个数量级。

二、谐波主要给电机带来以下几方面的影响：

(一)增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。损耗大。因铸铝材料采用电阻率较高的铝合金材料，其本身电阻就较大，铸铝转子导条的电阻在谐波频率作用下，由于集肤效应会明显增大，电阻的增加使铜耗也增加。因此，电机总损耗将比较大，这些损耗使电机额外发热，其温升一般约增加10-20％″；

(二)当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。谐波给电机带来的另一主要影响是谐波转矩，谐波转矩将造成电机在低频运行时产生转矩脉动，要避免低频转矩脉动，使电机运转平稳，设计上除采取降低谐波转矩的影响外，适当提高电机漏电阻也可以降低谐波转矩，但会给电机其它性能带来影响，这就需要在电机设计中作全面考虑，谐波电磁噪声与振动。普通异步电动机采用逆变器供电时，会使电磁、机械、通风等因素所引起的振动和噪声变得更加复杂，逆变电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机械构件的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而使噪声增大。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波频率很难避开电动机的各种构件的固有频率。因此，矩形波电波驱动电机的噪声比正弦波电源供电的电机噪声一般约增加15-25％左右；

(三)负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的功率输出；    

(四)附加dv/dt、di/dt应力

(1)直流/交流逆变器输出的是方波交流，其中必然包含各次谐波。谐波的存在，对电机绝缘有附加dv/dt、di/dt应力，影响电机寿命；谐波电流使电机发热，损耗增加，对一般电机不得不“降低功率”使用”；

(2)对输出电缆长度也有限制。如果安装谐波滤波器来抑制谐波对电网的影响，除增加设备外，还因滤波器的制造与电网参数有关，一旦参数有变，又得重新调谐，相当麻烦；

(3)除采用脉宽调制(PWM)技术外，还普遍采用多重化联接，即将相同的几个逆变器输出矩形交流的相位错开，然后迭加成梯形波。正弦脉宽调制(SPWM)的单相和三相波形，分别为单极式和双极式SPWM，不包括11次以下的谐波谐波。