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1、综述Technicalreview永磁无刷直流电动机转矩脉动及其抑制方法1112纪志成,姜建国,沈艳霞,薛花(1.中国矿业大学,江苏徐州221008;2.江南大学,江苏无锡214036)ReviewofTorqueRippleanditsSuppressioninPermanentMagnetBrushlessDCMotor1112JIZhi-cheng,JIANGJian-guo,SHENYan-xia,XUEHua(1.ChinaUniversityofMiningTechn
2、ology,JiangsuXuzhou221008,China;2.SouthernYangtzeUniversity,JiangsuWuxi214036,China)摘要:依据永磁无刷直流电动机的数学模型及其转矩则三相绕组的电压方程可表示为:特性,分析了转矩脉动产生的多种原因,并介绍了各种有效的uar00ia控制策略。ub=0r0ib+关键词:永磁无刷直流电动机;数学模型;转矩特性;转矩uc00ric脉动L-M00iaea中图分类号:TM33文献标识码:A0L-M0pib+eb(1)文章编号:100
3、4-7018(2003)05-0033-05Abstract:Accordingtothemathematicalmodelandtorque00L-MiceccharacteristicsofpermanentmagnetbrushlessDCmotor,therea-式中:ua、ub、uc为定子相绕组电压(V);ia、ib、ic为定子sonsthatgiverisetotorqueripplehavebeenanalyzedinthispa-相绕组电流(A);ea、eb、ec为定子相绕组电动势(V);L为p
4、er.Thecontrolstrategiesforsuppressingthetorquerippleare每相绕组的自感(H);M为每两相绕组间的互感(H);pdescribedrespectively.为微分算子,p=d/dt。Keywords:permanentmagnetbrushlessDCmotor;mathe-根据式(1)可得电机的等效电路图,如图1所示。maticalmodel;torquecharacteristics;torqueripple1引言永磁无刷直流电动机以其体积小、性能好、结
5、构简单、可靠性高、输出转矩大、动态性能好等特点而得到了越来越广泛的应用,尤其是在机器人、航天航空、精密电子仪器与设备等对电机性能、控制精度要求较高的场合图1永磁无刷直流电机等效电路图和领域,无刷直流电机的应用和研究受到了广泛的重3转矩特性[1-2]视。对于这类应用场合,转矩脉动控制的优劣成为永磁无刷直流电动机的电磁转矩是由定子绕组中的衡量无刷直流电机性能好坏的一项重要指标,通常高性电流与转子磁钢产生的磁场相互作用而产生的。定子绕能伺服系统的低速转矩脉动应小于3%。因此,抑制转矩组产生的电磁转矩表达式为脉动成为
6、提高无刷直流电机伺服系统性能的关键,从而,1Te=(eaia+ebib+ecic)(2)对于抑制或者消除转矩脉动的有效措施的研究具有十分重要的意义。由式(2)可看出,无刷直流电动机的电磁转矩方程与普通2永磁无刷直流电动机的数学模型直流电动机相似,其电磁转矩大小与磁通和电流幅值成以二相导通星形三相六状态为例,分析无刷直流电正比,所以控制逆变器输出方波电流的幅值即可控制无机的数学模型及电磁转矩等特性。为了便于分析,假定:刷直流电动机的转矩。为产生恒定的电磁转矩,要求定(1)三相绕组完全对称,气隙磁场为方波,定子电
7、流、子电流为方波,反电动势为梯形波,且在每半个周期内,转子磁场分布皆对称;方波电流的持续时间为120电角度,梯形波反电动势的(2)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响;平顶部分也为120电角度,两者应严格同步。由于在任(3)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布;何时刻,定子只有两相导通,则电磁功率可表示为:(4)磁路不饱和,不计涡流和磁滞损耗。Pe=eaia+ebib+ecic=2EsIs(3)电磁转矩又可表示为:收稿日期:2002-05-06Te=Pe/=2EsIs/(4)永磁无刷直流电动机转矩脉动及
8、其抑制方法33综述Technicalreview运动方程:了转矩的脉动。根据电磁转矩脉动是由相电流和反电动d势相互作用的原理,可以考虑通过控制电流的谐波成分Te-TL-B=J=Jp(5)dt来消除由此产生的转矩波动。不同次电流谐波和反电势其中:Te为电磁转矩;TL为负载转矩;B为阻尼系数;谐波的结合,会产生具有相同角频率的谐波转矩分量
