無刷直流電動機(jī)斬波方式與電磁轉(zhuǎn)矩脈動關(guān)系
賀安超，劉衛(wèi)國，郭志大
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安7101291
摘要：以換相過程繞組的統(tǒng)一嗽態(tài)方程為基礎(chǔ)，統(tǒng)一近似解析表達(dá)了在斬波方式下的換相過程電磁轉(zhuǎn)矩，并分析了靳波方式影響轉(zhuǎn)矩脈動的根本原因，從理論k得到了****的斬波方式；同時．對各種斬波方式的換相時刻電磁轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行了計算比較，其結(jié)果與理論分析一致；為分析目前和新的斬波方式和補(bǔ)償方法對轉(zhuǎn)矩脈動的影響提供了理論依據(jù)和表達(dá)式計算。最后得出對轉(zhuǎn)矩脈動****的斬波方式為PWM-ON-PWM。并在三個位置傳感器的條件運(yùn)用位置預(yù)測法實現(xiàn)。試驗結(jié)果表明，PWM ON PWM的轉(zhuǎn)矩脈動最小，目沒有不導(dǎo)通相電流。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動機(jī)；斬波方式；轉(zhuǎn)矩脈動；PWM-ON—PWM
中圖分類號：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章綿號：1004-7018(2010)05—0012—04
0引言
具有梯形波反電動勢的無刷直流電動機(jī)具有高功率密度、控制簡單等特點，應(yīng)用非常廣泛.但是因其電磁轉(zhuǎn)矩脈動問題以及由此造成的控制性能問題，限制了其在高定位精度、高穩(wěn)定性等場合的應(yīng)用[1]。驅(qū)動逆變器多采用三相半橋驅(qū)動結(jié)構(gòu)，繞組工作于星型連接兩相導(dǎo)通六狀態(tài)方式。一般采用刷PWM調(diào)制方式進(jìn)行速度及電流的調(diào)節(jié)。采用的PWM調(diào)制方式不同．其對性能的影響也不同。
無刷電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動的抑制及控制性能的改善一直是研究的熱點。在文獻(xiàn)[11]中，對無刷直流電動機(jī)不斬波的情況下的相電流給出了解析計算。文獻(xiàn)[2]對幾種斬波方式的換相過程電磁轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行了計算。文獻(xiàn)[3]為消除不導(dǎo)通相電流提出了一種PWM—ON—PwM斬波方式，但這種斬波方式需要6個霍爾傳感器。文獻(xiàn)[4—5]提出了一種兩倍提高極限斬波頻率的斬波方法。本文以統(tǒng)一的狀態(tài)方程解析計算了目前出現(xiàn)的各種斬波方式下的轉(zhuǎn)矩脈動表達(dá)式,并分析了斬波方式與轉(zhuǎn)矩脈動大小的根本聯(lián)系。最后，根據(jù)位置預(yù)測法給出了一種PWM-ON—PWM斬波方式的實現(xiàn)方法。
目前，電機(jī)控制通常采用以下幾種調(diào)制方式：無斬波(不調(diào)制或其它調(diào)制方式占空比為1時)，H_pwm-1一L pwm，H oD—L—pwm，H—pwm—L oil，PWM—ON，ON—PWM。近年提出了 PWM—ON—PWMi。、倍頻PWM調(diào)制方法等，各種斬波方式與反電動勢波形如圖1所示。
1換相過程統(tǒng)一電壓平衡方程的建立和電磁轉(zhuǎn)矩的解析表達(dá)
為了說明簡單，以AC導(dǎo)通換Bc導(dǎo)通的換相過程作為研究對象，E橋換相時為A+c一換為B+C一，下橋換相時為A—c+換為B—c+。研究假設(shè)的條件：電機(jī)三相對稱且參數(shù)相等；電機(jī)具有理想的120。梯形反電動勢；驅(qū)動電源及電機(jī)等效電路如圖2所示。換相過程的起始是A相的電流開始衰減，同時B相的電流開始增加，直到4相的電流衰減到零，換相過程結(jié)束。由此可見，在換相過程中三相繞組都有電流存在。因此，根據(jù)圖2的繞組等效電路模型可以建立在以下的電機(jī)三相端電壓平衡方程：
式中：Us為直流端電壓；x、y、Z分別每相繞組在不同斬波方式下的等效電壓系數(shù)，其值等于等效電壓除以Us；ea、eb、ec屯為三相繞組反電勢；ia、ib,ic為三相繞組電流；R、L分別表示每相繞組的電阻和電感(電感為每相自感與互感的差值)。根據(jù)電機(jī)統(tǒng)一理論，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩可表示為：
式中：TM為電機(jī)轉(zhuǎn)矩；Pe為電磁功率；Ω為電機(jī)機(jī)械角頻率；ω為電機(jī)轉(zhuǎn)子電角頻率；P為極對數(shù)。
由式(3)可得，電機(jī)換相過程電磁轉(zhuǎn)矩與非換相繞組的電流成正比，其變化趨勢相同。
2由統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩表達(dá)式分析斬波方式對電磁轉(zhuǎn)矩的影響
由上述的解析表達(dá)式可以得出：在任何斬波形式下，只要計算出kil值，就可以近似解析出換相過程結(jié)束的時間；只要計算出k i2值，就可以近似解析出電磁轉(zhuǎn)矩的大小。在不同的斬波方 |
