直流無刷電機換向轉(zhuǎn)矩脈動抑制研究
王正仕，張朝立，陳輝明
（浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江杭州310027）
摘 要：為了解決直流無刷電機換向過程中轉(zhuǎn)矩脈動較大的問題，提出了一種優(yōu)化的脈沖寬度調(diào)制方法。為了分析直流無刷電機運行時脈沖寬度調(diào)制方法對電機換相轉(zhuǎn)矩的影響，在理論上，從直流無刷電機方程入手，推導(dǎo)了直流無刷電機換相時的電磁轉(zhuǎn)矩大小，分析了產(chǎn)生換相轉(zhuǎn)矩的原因。針對使用傳統(tǒng)脈沖寬度調(diào)制方法時電機轉(zhuǎn)矩脈動較大的缺點，提出了一種新的脈沖寬度調(diào)制方法pwm-oiv脈沖寬度調(diào)制。并從理論上證明了在直流無刷電機控制中，所提出的pwm-on脈沖寬度調(diào)制方法產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動相比較�。涸谠囼炛惺褂昧嘶趖ms32,old,8016芯片的具有高可靠性與高靈敏的dsp控制系統(tǒng)，通過實驗證明，所提出的脈沖寬度調(diào)制方法有效地抑制了直流無刷電機換相時的轉(zhuǎn)矩脈動．
關(guān)鍵詞：直流無刷電機；換向轉(zhuǎn)矩脈動；脈沖寬度調(diào)制
中圖分類號：tp 27 文獻標識碼：a
1引言
無刷直流電機是具有梯形反電勢波的永磁電機。永磁電機轉(zhuǎn)子采用永磁材料，具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率高等一系列優(yōu)點，其中，無刷直流電機更因其控制簡單的優(yōu)勢在各方面都得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是，無刷直流電機固有的電磁轉(zhuǎn)矩脈動問題會較大影響電機的轉(zhuǎn)速和伺服性能，制約了其進一步的發(fā)展。因此，無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動的抑制，成為了一個重要的研究方向。
試驗中控制系統(tǒng)采用了德州儀器公司****的dsp芯片tms320lf28016，通過實驗證明，該芯片構(gòu)成的無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)具有高靈敏性和高可靠性的優(yōu)點，并通過新的pwm凋制方式有效的抑制了換向轉(zhuǎn)矩脈動。
2直流無刷電機換向轉(zhuǎn)矩脈動分析
1)直流無刷電機數(shù)學(xué)模型以星形三相六狀態(tài)的120度導(dǎo)通的直流無刷電機為例。主電路采用三相半橋式逆變器，主電路和電機等效模型，如圖1所示。
可以使用如下三相端電壓平衡方程式來描述圖l中的無刷直流電機高效率高密度電力電子變換器，逆變器先進控制技術(shù)，電力電子技術(shù)在太陽能、風(fēng)能等新型能源中的應(yīng)用等方面的教學(xué)與科研工作。
假設(shè)電機三相對稱，具有120度梯形波反電動勢，忽略凸極效應(yīng)，設(shè)繞組特性和參數(shù)相同且為常數(shù)。
電機電磁轉(zhuǎn)矩公式為
穩(wěn)態(tài)時電機只有兩相通電，電磁轉(zhuǎn)矩為
無刷直流電機在工作時，每次換相相隔60度電角度。在換相期間，盡管關(guān)斷相上的開關(guān)管已經(jīng)關(guān)斷，但由于電機繞組電感的存在，電流不可能一下減為零，總是會通過相應(yīng)的續(xù)流二極管進行續(xù)流，隨之再衰減為零。這就是產(chǎn)生換向轉(zhuǎn)矩脈動的主要原因。關(guān)斷相的反電動勢波形為一個斜坡函數(shù)，如圖2，圖3所示。
因為換向過程很短，在下面的計算中假設(shè)換向期間e=±e（e為反電動勢幅值）。
針對無刷直流電機換相的特性，產(chǎn)生了兩種不同的調(diào)制方式：
1、 通管進行pwm調(diào)制，非換相開關(guān)管恒通( pwm-on)各開關(guān)狀態(tài)，見圖2。
2、開通管恒通，非換相開關(guān)管進行pwm調(diào)制( on-pwm)，各開關(guān)狀態(tài)，見圖3。
下面就具體來分析一下兩種不同pwm調(diào)制方式對轉(zhuǎn)矩脈動的影響。
2)開通管進行pwivi調(diào)制方式（pwm-on）對轉(zhuǎn)矩脈動的影響 以圖1主電路為例，假設(shè)電流從u相切換到l2相，此段換相期間波形見圖2，t1為關(guān)斷開關(guān)管，t1為開通開關(guān)管，而t2為非換相開關(guān)管。此種調(diào)制方式下由開通開關(guān)管t3進行pwm調(diào) |
