無刷直流電機(jī)的電樞反應(yīng)及其削弱方法
張一嗚 夏平疇(中國科學(xué)院電工研究所北京100080)
摘 要 采用數(shù)值計算方法對無刷直流電機(jī)的電樞反應(yīng)作了分析，指出了電樞反應(yīng)對力矩波動的影響。在討論了
無刷電機(jī)的換向原理之后，提出了一種削弱這種影響的新方法。最后用實驗證明了這種方法的可行性。
敘 詞 無刷直流電動機(jī)電樞反應(yīng)力矩波動
1 引 言
直流伺服電機(jī)控制簡單，目前使用較多，但由于電刷與換向器等機(jī)械裝置的存在，使該類型電機(jī)使用有諸多不便，需要定期維護(hù)和更換碳刷，制造也較麻煩，容量和使用電壓也受到限制。所以，70年代以來，由于電力電子技術(shù)、自動控制理論和微處理器件的進(jìn)步，無刷直流電機(jī)取代有刷直流電機(jī)已成為一種必然的趨勢[1]。但是，如果從低速時的力矩波動來看，與有刷電機(jī)相比，無刷電機(jī)還不能盡如人意。原因有很多方面，如無刷電機(jī)的反電勢波形不可能達(dá)到理論上的梯形波，無刷電機(jī)電樞反應(yīng)的存在、電機(jī)的齒槽效應(yīng)、電機(jī)的相電感不對稱等。因此，要克服無刷電機(jī)低速時的力矩波動，不得不從多方面著手。本文詳細(xì)探討無刷電機(jī)的電樞反應(yīng)對力矩波動的影響以及克服的方法。
2 無刷直流伺服電機(jī)的電樞反應(yīng)
通過對電機(jī)氣隙磁場的數(shù)值分析，可以清楚地看到電機(jī)電柩反應(yīng)的嚴(yán)重程度。電機(jī)的模型如圖1所示。
假定：
(1)磁瓦等效為兩側(cè)有電流層
(2)求解區(qū)域為一個極矩范圍，兩側(cè)滿足周期性條件，電機(jī)外殼外圓與轉(zhuǎn)軸中心處場強(qiáng)為零。
(3)每極槽數(shù)為整數(shù)，定、轉(zhuǎn)子相對固定，不考慮換向過程。
電機(jī)的基本方程式和邊界條件是：
圖2示出了某一額定電流為45a的電機(jī)在空載和1～5倍負(fù)載下氣隙磁場沿極距的分布。
從圖2中可見，無刷直流電機(jī)的電樞反應(yīng)與有刷直流電機(jī)的電樞反應(yīng)在程度上大體相當(dāng)[2]。
根據(jù)計算結(jié)果，可得到電機(jī)的矩角特性[3]，圖3給出了極孤系數(shù)分別為0.8和0.9時電機(jī)的矩角特性曲線，從中可以看到力矩波動。
從理論上講，給定一個正弦值和余弦值，就可以確定電機(jī)的轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)子位置）。
通過rdc變換，轉(zhuǎn)子的位置就能以數(shù)字量并行的方式輸出，其分辨率可以是210～216，由****轉(zhuǎn)速確定。****轉(zhuǎn)速越高，分辨率越低。
無刷直流電機(jī)電子換向的方法是，把報告電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的并行數(shù)字量作為地址線，去觸發(fā)一片已寫好的換向代碼的eprom，隨著地址的增加（電機(jī)正轉(zhuǎn)）或減少（電機(jī)反轉(zhuǎn)），換向代碼就按照一定的順序控制大功率模塊的開或關(guān)，如圖4所示。
3基于旋變反饋的換向原理
為了削弱電機(jī)電樞反應(yīng)對力矩波動的影響，有必要先弄清楚無刷直沆電機(jī)的換向原理。無刷直流伺服電機(jī)的位置反饋元件可以是霍爾元件、光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。這里以一個激勵、二個輸出的旋變?yōu)槔榻B換向原理。
設(shè)激勵電壓為：
在兩組輸出繞組上，
正弦輸出：
|
