基于雙向Buck—B00st的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制
闞志忠，張海存
(燕山大學(xué)，河北秦皇島066004)
摘要：為提高無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制性能，減小電機(jī)換相區(qū)間轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提出基于雙向Buck-Boost供電的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制方法：分析了雙向Buck-B00讎控制模式和該電路的輸出電壓控制算法，仿真結(jié)果驗(yàn)證了電壓控制算法及抑制電磁轉(zhuǎn)矩脈沖的有效性：
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；雙同升降壓電路；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；占空比
中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7018(2010)01-0040-05
0引 言
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永磁材料，在氣隙中產(chǎn)生近似矩形分布的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，因而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)銅損耗，電機(jī)具有效率高、節(jié)能、控制簡(jiǎn)單、成本低等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。隨著永磁材料、大功率電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、工業(yè)、計(jì)算機(jī)硬盤、民用空調(diào)、冰箱、電動(dòng)汽車等諸多領(lǐng)
域。一般無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)繞組采用兩兩導(dǎo)通每相導(dǎo)通120。三相六階梯波供電方式，這種控制方式簡(jiǎn)單，電機(jī)能夠獲得****電磁轉(zhuǎn)矩。因?yàn)殡姍C(jī)定子齒槽對(duì)磁場(chǎng)分布影響、繞組存在電感導(dǎo)致電流換相時(shí)繞組電流不能突變，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩存在脈動(dòng)等。在低速情況下，速度波動(dòng)嚴(yán)重，以致不能滿足速度或位置控制精度指標(biāo)的要求。電機(jī)繞組電流換相時(shí)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，脈動(dòng)幅度****達(dá)到百分之50。有文獻(xiàn)提出，因?yàn)樵⒅绷麟妱?dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題，它的應(yīng)用場(chǎng)合限制在對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與抑制問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域的研究方向之一。其中文獻(xiàn)[1]提出，由于PwM的控制方式不同，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)非導(dǎo)通相產(chǎn)生了電流，并引起電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；文獻(xiàn)[2]提出通過(guò)改變輸入電壓減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法；文獻(xiàn)[3]提出采用電流控制算法減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
本文提出采用雙向升降壓斬波電路(Bidirection Buck-Boost circuit)改變直流母線電壓減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法。實(shí)時(shí)跟隨無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，調(diào)節(jié)其逆變器直流母線電壓，可抑制電機(jī)換相時(shí)非換相相電流脈動(dòng)，進(jìn)而抑制電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。改變升降壓斬波電路開關(guān)管的占空比可以調(diào)節(jié)其輸出電壓，使輸出電壓或大于電源電壓或小于等于電源電壓，但是單向的升降壓斬波電路的能量只能由輸入到輸出單方向傳遞，當(dāng)電機(jī)工作在再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，電機(jī)
處于發(fā)電狀態(tài)所產(chǎn)生的電能不能回饋到電源側(cè)，不利于節(jié)能：我們采用雙向升降壓斬波電路實(shí)現(xiàn)逆變器的直流母線電壓、電機(jī)反電勢(shì)、電機(jī)定子繞組電壓在數(shù)值上保持線性關(guān)系，不僅可以緩解無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題，還可提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，降低作為電源的電池額定電壓。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)主電路如圖1所示。
1換相電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析
無(wú)刷電動(dòng)機(jī)由梯形波永磁電動(dòng)機(jī)本體、逆變器及位置傳感器組成，電機(jī)采用典型的星形接線。并假設(shè)：
(1)電動(dòng)機(jī)的氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度在空問(wèn)呈梯形(近似為方波)分布[4]；
(2)忽略定子齒槽的影響；
(3)忽略電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁通的影響；
(4)忽略電機(jī)中的磁滯和渦流損耗；
(5)三相繞組完全對(duì)稱。
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子電壓方程和電磁轉(zhuǎn)矩方程
如下:
式中：ua、ub、uc分別為A、B、C三相繞組電壓；ea、eb、ec分別為定子A、B、C繞組相電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值；ia、ib、ic分別為A、B、c三相繞組電流；Ra、Rb、Rc為定子繞組相電阻，Ra=Rb=Rc=R；L每相繞組自感；M為每?jī)上嗬@組互感；ω為轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度；Te為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，LM=L-M，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路如圖2所示。
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