沈艷霞，李發(fā)啟，紀(jì)志成（江南大學(xué)，江蘇無(wú)錫214122）

    摘要：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)固有的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)限制了其應(yīng)用范圍。通過(guò)分析死刷直流電動(dòng)機(jī)的換相過(guò)程．采用非換相相電流不變法：該方法保汪換相過(guò)程中非換相的電流恒定，從而有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)：基于Simulink和PI.FCS對(duì)系統(tǒng)的仿真，驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。

  關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；PLECS

  中圖分類號(hào)：TM33  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A  文章編號(hào)：1004 -7018( 2008) 09 -0001 -03

 

O引 言

    永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機(jī)，它具有響應(yīng)快速、效率高、功率密度夫，調(diào)速性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今已廣泛應(yīng)用于各種調(diào)速場(chǎng)合^【1】但是其固有的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)缺點(diǎn)，限制了它在高精度速度、位置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

    引起無(wú)刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因有三種^【2-4】.齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，因非理想反電勢(shì)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)以及換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。其中前兩種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要是與電機(jī)的制造工藝和轉(zhuǎn)子磁鋼充磁不理想有關(guān)，可以通過(guò)對(duì)電機(jī)本體改造加以抑制。換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要是在換相過(guò)程中由于逆變器是120度導(dǎo)通方式，電流是方波，開(kāi)通相電流的增加和關(guān)斷相電留的下降不同步，所以母線電流不是恒定值，這就引起轉(zhuǎn)矩的不等，即產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)：對(duì)于換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已有許多研究方法^【5-7】，例如文獻(xiàn)[5]中提到的電流滯環(huán)控制，通過(guò)控制開(kāi)通相電流的上升速度，使其和關(guān)斷相的電流下降速度一致，從而抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，這種方式主要適用在電機(jī)低速運(yùn)行階段。文獻(xiàn)[6]中采用電流預(yù)測(cè)法，根據(jù)各個(gè)速度段的電機(jī)換相的情況，分別對(duì)不同的速度段進(jìn)行不同的控制。文獻(xiàn)[7]中給出了電機(jī)在高速區(qū)域減小換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的控制規(guī)則，采用無(wú)差拍控制方法取得了較好的控制效果，但其采用的方法本質(zhì)上為開(kāi)環(huán)補(bǔ)償，補(bǔ)償措施適應(yīng)性差，在實(shí)際應(yīng)用中并不一定能取得較好的效果：

    為削弱無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題，本文提出采用非換相電流恒定法，根據(jù)保持非換相的電流恒定，汁算出換相過(guò)程中開(kāi)通相的控制兩數(shù)，使在換相過(guò)程中保持開(kāi)通相電流上升和關(guān)斷相電流下降速度相同，即換相電流之和等于非換相電流，保證非換相電流恒等。不管在高速還是低速階段，只要控制函數(shù)計(jì)算正確，便能夠保證非換相電流恒定，有效抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

  假設(shè)：(1)三相繞組完全對(duì)稱，氣隙磁場(chǎng)為方波，定子電流、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)分布皆對(duì)稱；(2)忽略齒槽、換相過(guò)程和電樞反應(yīng)等影響；(3)電樞繞組在定子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布；(4)磁路不飽和，不計(jì)渦流和磁滯損耗。則無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型如下^【8】：

 

    式中：u_a、u_b、u_c分別為A、B、C三相端電壓；i_a、i_b、i_c為三相繞組電流；e_a、e_b、e_c為三相反電勢(shì)；r為電機(jī)繞組電阻；L為電機(jī)相繞組電感；M為電機(jī)相間互感；p為微分算子。對(duì)于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)接近方波的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，電機(jī)繞組中的反電勢(shì)為梯形波。

  根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電壓方程，可得電機(jī)的等效電路，如圖l所示。

    三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：

 

式中：ω是電機(jī)角速度。

    由式(2)可以看出，如果三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)輸入為方波電流，就能保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩恒定。但是由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)繞組電感的存在，電流變化慢，不可能有理想的方波電流，故會(huì)產(chǎn)生換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

    下面以上橋換相為例分析換相過(guò)程轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)通相有AC換為BC時(shí)，電機(jī)換相前運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)，即AC相電流恒定，B相電流為零，換相前方程為： 

式中：D(t)為上橋開(kāi)關(guān)管控制信號(hào)占空比，U_d為