一种减少无刷直流电机转矩脉动新方法

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1、第卷第期电子设计工程年月一种戚少无刷直流由机殆矩腺劲的斯方眩王文韬冯江华许峻峰湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲南车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲摘要为了抑制永磁无刷直流电动机控制系统在换相过程中因电流波动引起的转矩脉动提高系统效率及稳定性提出一种基于控制换相电流的新方法与传统方法相比该方法以换相电流为研究对象通过使关断相电流的下降率等于开通相电流的上升率来维持电流在换相期间的稳定从而减少转矩脉动它摒弃了传统方法中的以转矩为研究对象实验结果表明该方法在地铁屏蔽门的应用中取得良好效果使电流波动减少转矩脉动减少关键词永磁

2、无刷直流电机换相过程转矩脉动抑制中图分类号!文献标识码"文章编号!!!!!永磁无刷直流电机因其特有的结构及控制策略具有转子为面装式结构采用状态变量法研究其动态特性忽略结构简单运行稳定可靠易于维护的特点又具有直流电铁卜磁滞损耗不计饱和影响根据的运行原理可机良好的调速特性如响应速度快起动转矩大等特点广建立电压方程如下泛应用于各种调速场合然而无刷直流电动机的电磁转矩脉动问题一直是其在高精度场合应用的瓶颈抑制无刷电机转矩脉动一直是研究的热点针对超前换相法较难确定装有位置传感器的电机中的超前时间而重叠换相法较式中为定子相绕组电压为定子

3、相绕组电难预先确定和选取合适的重叠时间电流定频采样法与滞流为定子相绕组感应电动势为定子绕组电阻后换相法结合则存在电流采样的延时和滞环控制的开关为电感为互感为微分算子频率不确定等问题本文通过对永磁无刷直流电机换相过由此可得程的分析提出控制换相电流法该方法是以换相期间电流的变化为研究对象通过抑制非换相电流在换相期间的波由式可得动减少转矩脉动永磁无刷宜流电机的数学模型将式式代入式可得为了便于分析对本文研究的永磁无刷电机作如下假设三相绕组星形连接绕组对称无阻尼无中线引出永磁收稿日期"稿件编号"作者简介王文韬男湖南衡阳人硕士研究生研究

4、方向交流传动控制永磁电机控制!!王文韬!等一种减少无刷直流电机转矩脉动的新方法永磁无刷直流电机的电磁转矩可表示为!!!由于定子绕组中电感的作用在电机换相过程中不能立刻由式可以看出永磁无刷直流电机的电磁转矩与一般使相电流减小到零同时也不能马上使相电流达到稳定值直流电动机基本一致因此只要控制好逆变器输出电流的选取相导通切换到相导通的时间点为初始时刻并结合幅值就可以控制转矩又由于一般永磁无刷直流电机的反电图的梯形反电势波形图可得三相反电动势如式所示势为梯形波为了产生恒定不变的电磁转矩就需使定子相!!!绕组电流为方波形式且反电动势与

5、电流应严格保持同步!!!!!!!!!永磁无刷宜流电机换相转矩脉动分析及!抑制方法当换相开始时相绕组电流通过续流二极管继续续!"#永磁无刷宜流电机换相过程分析流相绕组开始导通此时三相绕组均通有电流当根据永磁无刷直流电机的电压方程式可得永磁无相续流电流衰减为零时换相过程完成电机进相导刷直流电机控制系统电路如图所示通运行区在换相期间续流回路和导通回路的电压平衡方程分别如式和式所示!!!!!!!其间三相电流的大小分别为式式所示!!!!!图永磁无刷直流电机控制系统电路由式式得出续流回路和导通回路的电流分别采用两两换相的控制方式当开通相

6、由相过渡到为式式所示相时假设换相之前电机已经进入稳定运行状态即相绕组中通过的电流稳定其大小为则相流过的电流为零由式可得换相之前电压平衡方程为由式可得在换相期间关断相电流呈指数规律衰式中为直流母线电压为控制上臂桥开关信号的占空比减其衰减速率为通常情况下电机的机械时间常数相对电气时间常数要大得多因此认为电机转速!在换相过程中是恒定的图为梯形波反电动势波形图同理由式可得在换相期间开通相电流呈指数规律上升且电流上升速率为以上就是两相换相的全过程用以上分析方法可以对逆变器三相桥臂的其他换相过程进行类似的分析从换相过程分析可以得出以下结

7、论电机在换相过程中由于相电流的下降速率与相电流上升速率不同又而使非换相相电流发生了脉动从而产生转矩脉动因此在换相过程中保持非换相相电流不变是抑制转矩脉动的关键图梯形波反电势波形即通过在换相期间施加合适的补偿电压于两相绕组而由图可得出使相电流保持恒定达到抑制转矩脉动的D的!!"!电流换相控制法抑制转矩脉动!!!!根据以上的换相过程分析可得在换相过程中电机的电将式代入式可得磁转矩为!电子设计工程"!"#!传统的转速电流双闭环控制与采用换相电流控制法控!!!制的电机仿真波形图对比如图图所示电流波形取为了尽可能地减小换相过程中的转矩

8、脉动应在换相相其他两相类似这里就不一一列出图图是电机在给过程中尽量使相电流的下降速率与相电流的上升速定负载转速#直流电压率相等即维持相电流不变根据式和式令条件下启动运行的波形从仿真图上看出传统控制方式下结合式式可得出换相时调节上桥臂的占电流和电磁转矩波形存在明显毛刺这主要是由于换相过程中非