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1、一种减小无刷直流电机纹波转矩的新方法设计与研究?DESIGN??RESEARCH杨 进,杨向宇(华南理工大学电力学院,广州 510640)摘 要:从无刷直流电机纹波转矩产生的机理出发,分析了换相纹波转矩产生的原因,提出了在换向期间通过直接控制非换向相电流来减少电磁转矩脉动的控制策略。仿真验证了控制方案的可行性。关键词:纹波;转矩;滞环控制;无刷直流电动机中图分类号:TM361文献标识码:A文章编号:1001-6848(2005)01-0009-03Theapplicationofhysteresiscontrolinreducingrippletorqueofbrushl
2、essdcmotorsYANGJin,YANGXiang-Yu(SouthChinauniversityoftechnology,guangzhou510640,China)———————————————————————————————————————————————Abstract:Basedonthemechanisimofproducingrippletorqueofbrushlessdcmotor(BLDC),thispaperanalyzethecauseofcommutationrippletorque,proposecontroldirectlythepha
3、securrenttodecreasetheelectromagnetictor-pueripple.Theproposedcontrolmethodisverifiedthronghsimulations.Keywords:ripple;torque;hystresiscontrol;brushlessdcmotor0 前 言无刷直流电机在实际应用中电磁转矩会产生脉动。其脉动主要由齿槽转矩和纹波转矩两部分组成[1]。齿槽转矩是由定子铁心和转子永磁相互作用产生的,可通过合理的电机设计来削弱它,而纹波转矩是由定子电流和转子永磁相互作用产生的,纹波转矩是电磁转矩脉动的主要原因
4、。这是因为无刷直流电机电枢绕组的电感和有限的逆变器直流电压,使得相电流不可能是理想的方波电流。近年来提出了各种各样的PWM电流控制算法去减少纹波转矩[2]-[4]。文献[2]-[3]通过控制换向期间的占空比,文献[4]通过控制状态空间矢量来控制相电流,都存在控制电路复杂,对硬件电路要求适时性高的缺点。本文提出了通过滞环控制法直接控制非换向相电流来减少换向期间电磁转矩的脉动。该控制算法具有转距脉动小,电路简单易实现,而相对与传统的三相滞环控制具有功率管损耗小和效率高的特点,非常适用于高性能的伺服驱动系统。电感L和互感M为常数(Ls=L-M),电枢绕组Y型连接,则电压方程为:
5、uanrs0iaubnu式中,uan,ubn,ucn——每相定子绕组相电压;ia,ib,ic——每相定子绕组相电流;ea,eb,ec——每相定子绕组感应梯形电动势;rs,Ls——每相定子绕组电阻和电感P——微分算子00rs0———————————————————————————————————————————————0rib+iLs000Ls00Liaieae0Pib+eb图1 直流无刷电机主电路图1 无刷直流电机的数学模型无刷直流电机的主电路如图1所示。假设电机收稿日期:2004-05-08aabbccmm运动方程为:Te=TL+Jdt式中, ??m——转子机械角速度;
6、电磁转矩方程为:Te=TL——负载转矩;J—转动惯量;(2)(3)微电机 2005年 第38卷 第1期(总第142期)2 纹波转矩产生的原因及控制策略2.1 纹波转矩产生的原因在理想情况下无刷直流电机总是两相导通。如图2所示,任一时刻电磁转距为:aabbccppTe==mm———————————————————————————————————————————————(4)diaudc-4ep=dt3Lsbdcp=dt3Lscdcp=dt3Ls因此可得换向期间电流波形如图4(9)图3 b、c相换相期间电路图图2 理想感应电势和相电流波形无刷直流电机感应电势幅值与转速成正比,
7、即(ep为感应电势幅值,ip为相电流幅值,??为电角度)ep=ken (ke为电势常数)假定单位感应电势ea,eb,ec的幅值为1,则:ea=ekeneb=e*bkenec=ecken??m2将(5)(6)代入(4)得n=epepT=2n/60=e**a———————————————————————————————————————————————***图4 换向期间电流波形(5)换相期间电磁转矩为:paeaTe=m=由(9)(10)两式可知,当非换向相(10)(6)a>0时,即dtudc>4ep换向期间电磁转距增加
