无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响

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1、万方数据第7卷第2期电机与控制学报Vol·7No22003年6月ELECTRICMACHINESANDCONTROLJune，2003无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响张相军，陈伯时(上海大学电机与控制工程研究所，上海200072)摘要：介绍了无刷直流电机控制系统中的四种PWM调制方式，详细分析了四种不同的调制方式对无刷直流电机换相转矩脉动的影响．通过理论推导，证明当控制系统采用pwmJn型调制方式时无刷直流电机在换相过程中的转矩脉动最小，实验结果证明了所结论的正确性和实用性．关

2、键词：无刷直流电机；挟相转矩脉动：PWM调制方式中图分类号：TM921文献标识码：A文章编号：1007—449X(2003)02—0087—05ThedifferentinfluencesoffourPWMmodesoncommutationtorqueripplesinbrushlessDCmotorcontrolsystemZHANGXiang_jun，CHENBo—shi(SchoolofAutomation，ShanghaiUniversity，Shan曲ai200072，China)Abst

3、raet：FourPWMmodesusedinthebrushlessDCmotorcontrolsystemareintroducedandtheirdifferentinfluencesonthecommutationtorquerippleofBLDCmotorsareanalyzedinde·tailThebestPWMmodetoreducecommutationtorqueripple，pwm—ontype，isselectedaccord-ingtotheoryandexperiment

4、．TheexperimentalresultsshowthattheselectioniscorrectandpracticalKeywords：BLDCmotors；commutationtorqueripple；PWMmode1引言无刷直流电动机转子采用永磁材料励磁，体积小、重量轻、结构简单，运行可靠，且具有高效节能，易于控制等一系列优点，已广泛应用于办公自动化设备、计算机外围设备、仪器仪表和家用电器等领岛黔4．在具有梯形反电势波的无刷直流电机控制中．假设梯形反电动势的波顶宽度为120“电角度，当

5、系统采}}l二二导通、三相六状态的120。导通方式时，有H—pwm-L—Oil，H—on-L—pwm、on—pwm及pwmon四种PWM调制方式Ⅲ．这样，在每一个电周期内，进行六次换相，任意时刻只有两相导通，另一相关断。三相梯形反屯势波形及四种调制方式如图1所示．HOW$／I—LOilHon—LDHmpmaaOn60"13旷18旷240'300"36fl'圈1120‘导通方式下的四种调制方式Fig．1EMFwaveformsandPWMpatternsintwo·phasefeedingscheme收

6、稿日期2001—12—29；恬回日期：2003—04～04作者简介：张相军(1971一)．男，博士，研究方向为电力件动拉制系统；陈伯时(1928一L男．博士生导师．教授。研究方向为电力件动拉制拳境．电力屯子主蕞技术等．万方数据88电机与控制学报第7卷由于相电感的存在，在换相过程中相问换流存在延迟，造成换相转矩脉动。同时，未参与换相那一相的电流会出现很大的降落。研究发现，换相转矩脉动的大小以及未参与换相那一相的电流降落随着调制方式不同而变化．下面具体分析不同的调制方式对_二者的影响．2调制方式对换相转矩

7、脉动的影响由电机统一理论可知，电机电磁转矩可表示为p”TM=；÷=÷}(e。i，+ebib+e。0(1)⋯式中：Tj为电机转矩；只为电磁功率；妇为电机机械角频率；q，eb，＆为三相电枢绕组反电动势；∞为电机转子电角频率；n．为极对数。在二二导通、三相六状态的120'导通方式中，每一个60'扇区内只有两相导通，例如围i中的2—3扇区．此时，B+，C一，A相关断，如果不考虑PWM斩波和相电感L的影响，则稳态时无刷直流电机电磁转矩表达式可简化为r=鲁=鲁‰k托。=2n舳(2)式中：k。为电磁转矩常数；‘为当

8、前电流稳态值．此时，电磁转矩为恒值，且与‘成正比．但实际上，由于电感的延迟作用，使转矩出现脉动．2．1上桥换相在上桥换相过程中，pwm_on型和H—pwra-L—on型调制方式有相同的续流过程，on—pwm型和H—On-L—pwm型调制方式续流过程相同．2．1，l即n—o叱H—pwrla-L_Off型调制方式假设v，关断，u为PWM调制，V'恒通(即图1中的2—3扇区)，则A相电感续流过程中电流回路如图2所示．A相续流过程中电机三相端电压平衡方程为洲；㈨