不同pwm調(diào)制方式下無刷直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
李自成，程善美，秦憶
（華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系，武漢430074）
摘要：分析了無刷直流電機(jī)兩兩導(dǎo)通控制下的不同pwm調(diào)制方式，推導(dǎo)出不同pwm調(diào)制方式下電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)相電流和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式，并得出在單管pwm調(diào)制方式下有效轉(zhuǎn)矩比雙管pwm調(diào)制方式下大的結(jié)論，這對(duì)于pwm調(diào)制方式應(yīng)用于不同場合和進(jìn)一步研究轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制提供了理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了所提出的理論的正確性。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；脈寬調(diào)制；電磁轉(zhuǎn)矩；占空比
中圖分類號(hào)：tm36+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)03-0010-04
0引言
無刷直流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、調(diào)速性能好、運(yùn)行效率高、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在許多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)兩兩導(dǎo)通120度導(dǎo)電方式，許多pwm調(diào)制策略被提出[1-3]，這些pwm調(diào)制方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以適用于不同的應(yīng)用場合，但對(duì)于產(chǎn)生的有效轉(zhuǎn)矩的大小研究不多[4,5]。本文通過對(duì)無刷直流電機(jī)在不同pwm調(diào)制方式下的電流續(xù)流情況進(jìn)行了理論推導(dǎo)，分別得到單管和雙管pwm調(diào)制方式電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的相電流和電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，并得出在單管pwm調(diào)制方式下有效轉(zhuǎn)矩比雙管pwm方式大的結(jié)論，這對(duì)于pwm調(diào)制方式應(yīng)用于不同場合提供了理論依據(jù)，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)上述結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。
1不同pwm調(diào)制方式電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算原理
1.1單管pwm調(diào)制方式
無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用三相電壓型逆變器，電機(jī)采用兩兩120。導(dǎo)通控制方式，其主電路如圖1所示。
假設(shè)電機(jī)三相對(duì)稱，忽略凸極效應(yīng)，則三相電壓方程可以表示為[7]：
當(dāng)pwm調(diào)制信號(hào)有效時(shí)，即直流母線電壓通過vt1和vt6導(dǎo)通施加到電機(jī)的a、b相定子端，則線電壓表達(dá)式為：
當(dāng)pwm調(diào)制頻率較高時(shí)，即載波周期遠(yuǎn)小于電機(jī)繞組的電氣時(shí)間常數(shù)//r時(shí)，可以忽略定子電阻壓降，則上式進(jìn)一步化簡為：
如果忽略換相期間的電流續(xù)流情況，則在非換相期間，上述pwm調(diào)制方式可以歸納為兩種電流續(xù)流方式。第一種如圖2所示，上管pwm下管on，則在上管off期間電流流向?yàn)閳D中箭頭所示。
顯然，在上管關(guān)斷期間電流通過vd4、vt6在繞組內(nèi)都續(xù)流。同樣，第二種續(xù)流方式為下管關(guān)斷期間電流通過vd3、vt1在繞組內(nèi)部續(xù)流。 線電壓表達(dá)式為：
定子相繞組自感，l。為定子相繞組互感，有效電 忽略電阻壓降，進(jìn)一步化簡為：
假設(shè)無刷直流電機(jī)反電動(dòng)勢波形為平頂寬度大于120度的理想梯形波，忽略換相期間的換相轉(zhuǎn) 設(shè)d為pwm的占空比，則在一個(gè)pwm周期r內(nèi)，
矩變化和非換相期間不導(dǎo)通相的電流續(xù)流情況。
如果電流i。連續(xù)，由式(4)和式(6)則可得：
下面以vt1、vt6導(dǎo)通為例分析在不同pwm調(diào)制方式下非換相期間電流續(xù)流及 |
