基于buck―boost的无刷直流电机换相转矩脉动抑制研究

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1、基于Buck―Boost的无刷直流电机换相转矩脉动抑制研究　　摘要：针对永磁无刷直流电机存在的传统换相时转矩脉动大的问题，提出基于Buck?Boost变换器抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法。首先分析换相转矩脉动产生的原因，然后给出了在电机三相逆变器前加Buck?Boost变换器的拓扑电路图及调整直流母线电压的原理，从而达到换相的关断相与开通相的电流变化速率相同、抑制换相转矩的目的。通过Simulink进行仿真，仿真结果表明，该方法能够有效抑制永磁无刷直流电机换相转矩脉动。　　关键词：无刷直流电机；换相转矩脉动；Buck?

2、Boost；占空比　　中图分类号：TN911?34；TM301文献标识码：A文章编号：1004?373X（2016）20?0167?04　　Abstract：Toreducethehighcommutationtorquerippleofthepermanent?magnetbrushlessDCmotor（BLDCM），themethodbasedonBuck?BoostconvertertosuppresscommutationtorquerippleofBLDCMisproposed.Thecauseofproduc

3、ingcommutationtorquerippleisanalyzed.ThetopologycircuitdiagramforaddingaBuck?Boostconverterinfrontofthemotor′sthree?phaseinverterandtheprinciplesforadjustingtheDCbusvoltagearegiven，soastoachievethepurposesofsamecurrentchangerateofopeningphase7andclosingphase，andsu

4、ppressionofthecommutationtorque.Thesimulationresultsshowthatthemethodcansuppressthecommutationtorquerippleofthepermanent?magnetbrushlessDCmotoreffectively.　　Keywords：brushlessDCmotor；commutationtorqueripple；Buck?Boost；dutycycle　　0引言　　永磁无刷直流电机（BLDCM）由于结构简单、功率密度高、控制

5、方法简单等显著优点，广泛应用于航天航空、军事、工业、民用电器等各个方面。BLDCM的结构决定了内部气隙磁密沿空间呈梯形波分布，定子绕组感应电势波形为梯形，理想换相时相电流为矩形波。由于电机定子齿槽对磁场分布影响，绕组存在电感使电流换相时绕组电流不能突变，导致电机在换相时产生转矩脉动，这也是BLDCM相比于永磁同步电机（PMSM）的一个弱点，因此BLDCM往往被用于对转矩脉动要求不太高的调速系统中。人们一直在研究抑制BLDCM转矩脉动的方法，期望减小换相转矩脉动使其得到更广泛的应用。为此，众多文献都对永磁无刷直流电机换相转矩

6、脉动的抑制进行了大量的研究，文献[1?2]都采用换相电流预测且辅以PWM7调制的方法，控制开通相的电流上升斜率和关断相的电流下降斜率相等，从而减小换相转矩脉动的。文献[3]通过在每两拍之间插入一小段缓冲区，使切入电流提前切入，要切出的电流延迟切出，并通过选取合适的PWM占空比以减小换相转矩脉动。文献[4?6]均基于不同的PWM调制算法，使开通相和关断相的电流变化斜率相等，保证非换相相电流恒定，但以上方法通常都会造成换相时间的延长。文献[7?9]采用了前置BUCK、准Z源网络、双向Buck?Boost变换器电路，通过调节直流

7、母线电压的方式减小转矩脉动。本文针对无刷直流电机的转矩脉动问题，在驱动三相逆变桥的输入端加前级Buck?Boost变换器，应用时根据转速变化情况选择直流Buck?Boost变换器输出或是电压源输出采用PWM调制方式进行调速控制。通过Matlab/Simulink对该方法进行仿真，仿真结果验证了该方法的可行性。　　1BLDCM转矩脉动产生原因　　[ea]随时间变化公式为[deadt=-6VPωrπ]，因为[ea]的变化无法控制，若想得到[dTedt=0]，则必须有[ia=diadt=0]，[dibdt=dicdt]；但由于实

8、际换相中由于二极管续流作用，非导通相出现电流拖尾现象。文献[10]指出，拖尾现象不仅使输出功率增大，而且会引起电机转矩脉动。　　Carlson在文献[11]中有如下结论（假设从A相换到B相过程中）：在低速运行时，[Udc4Em]，[ia]下降的速度比[ib]上升的快；当[Udc=4Em]时，[ia]下降