摘要：

      本文討論了四相、五相、六相拼塊電機(jī)的適應(yīng)性，那在帶有伺服特征和故障容差的應(yīng)用中是關(guān)鍵的要求。研究表明在正常的運(yùn)行條件下，齒槽選擇適當(dāng)?shù)牟蹟?shù)和極數(shù)組合，且使電機(jī)的電流密度最小，可以獲得極好的伺服特性。要使轉(zhuǎn)矩紋波最小化歸因于那些齒槽和各種故障條件。文中描述了一種新型理想轉(zhuǎn)矩控制策略。

      永磁電機(jī)運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩和恒功率模式，在規(guī)定的電壓電流下，使銅損耗處于最小。采用合適的控制策略能實(shí)現(xiàn)無紋波的轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。本文一個(gè)四相電機(jī)故障容差驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真說明了該控制模式的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：故障容差；拼塊電機(jī)；理想控制；永磁電機(jī)；伺服驅(qū)動(dòng)

    永磁無刷伺服電機(jī)越來越得到廣泛的應(yīng)用，歸因于其高功率密度、高效率以及與其它電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)相比有更好的動(dòng)態(tài)性能。然而，目前永磁無刷電機(jī)的紋波轉(zhuǎn)矩經(jīng)常是應(yīng)用中的主要問題，尤其在速度和位置控制的應(yīng)用中。為了減小電動(dòng)勢(shì)中的接頭轉(zhuǎn)矩和諧波，傳統(tǒng)三相永磁無刷伺服電機(jī)在設(shè)計(jì)中加以考慮，如分布繞組和定／轉(zhuǎn)子斜槽，，結(jié)果是增加制造成本和減少效率和功率密度。而且除應(yīng)用中獲得好的伺服特征之外，傳統(tǒng)無刷永磁電機(jī)故障容差的度數(shù)也是需要的，且不會(huì)滿足可靠性要求；

    永磁無刷拼塊電機(jī)，有別于傳統(tǒng)無刷電機(jī)如圖1所示，只是因?yàn)橛美@制線圈改變定子齒槽，該繞組傳導(dǎo)成本低制造容量高，例如，在電動(dòng)汽車市場(chǎng)，用三相拼塊電機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)且可用傳統(tǒng)三相逆變器驅(qū)動(dòng)。另外由于每相繞組之間本來是絕緣的，磁力、熱和自身力的故障容差將顯得更高。

      此外，對(duì)于一個(gè)給定相數(shù)，對(duì)應(yīng)定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)的較大數(shù)目的組合是存在的。總的來說，假定某拼塊屯機(jī)有一個(gè)正弦曲線的反電勢(shì)波形，那么電流控制器就需要采用一種正弦電流信號(hào)才能給出合適比例要求的轉(zhuǎn)矩。然而，如果反電勢(shì)的波形不是正弦波，或者諸如電路開路或短路引起在故障條件下的大力矩脈動(dòng)，這種單一的控制策略不可避免地要在電機(jī)正常的運(yùn)行條件下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩紋波。這兩個(gè)問題可以通過采用理想轉(zhuǎn)矩控制策略而被部分克服，它是以減少銅損為目標(biāo)而釋放轉(zhuǎn)矩要求的。當(dāng)前控制策略的效率被逆變器電壓所限止了。由于追求最小的銅損，結(jié)果要求繞組電流趨向于反電勢(shì)。結(jié)果，在高速控制器中電機(jī)要求的轉(zhuǎn)速歸因于逆變器電壓所限。

     許多安全臨界應(yīng)用要求故障容差驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在寬速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行模式和恒功率運(yùn)行模式。然而理論上一個(gè)故障容差無刷電機(jī)每單元感應(yīng)可運(yùn)行在無限寬的連續(xù)電源范圍之內(nèi)，目前的控制方式不再在正常或故障條件下運(yùn)行時(shí)提供有效方式，結(jié)果是拼塊電機(jī)的潛在功率容量只好妥協(xié)。

    本文討論了四相、五相、六相拼塊電機(jī)的適應(yīng)性，并且是應(yīng)用在的伺服特性和故障容差的都有關(guān)鍵要求的地方。當(dāng)一個(gè)傳統(tǒng)的正弦相電流激勵(lì)并且是顯示表明存在合適的槽數(shù)和極數(shù)組合，在良好的運(yùn)行條件下電機(jī)功率密度的影響最小，極好的伺服特性將會(huì)得到。然而，由于一相短路或開路故障，將產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩紋波。本文還敘述了理想轉(zhuǎn)矩控制模式適用于連續(xù)轄矩和連續(xù)電源的運(yùn)行范圍，在正常和故障的條件下產(chǎn)生紋波轉(zhuǎn)矩。

    對(duì)于無刷交流伺服電機(jī)，通以正弦相電流波形，反電勢(shì)的諧波失真和齒槽是輸出轉(zhuǎn)矩紋波的兩大主要原因。許多技術(shù)，如繞組分布和轉(zhuǎn)子、定子斜槽是適用的，為了獲得正弦反電勢(shì)波形和減少齒槽。

    對(duì)一個(gè)正常的m相電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩如下：

 

    其中：n= km±1

    因此，電動(dòng)勢(shì)諧波的序數(shù)n歸結(jié)于力矩紋波的產(chǎn)生，只有當(dāng)(n±1)=k0時(shí)，k是整數(shù)，這樣，由反電勢(shì)諧波，和正弦相電流波形相互影響而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩紋波如下所示：

    ·n=5，7，ll，13，l7，19，23-    對(duì)一臺(tái)三相電機(jī)

    ·n=3，5，7，9，ll，i3，15，17，19，2l……對(duì)一臺(tái)四相電機(jī)

    ·n=9，11，19，21--…    對(duì)一臺(tái)五相電機(jī)

    ·n=5，7，ii，13，l7，l9，23-    對(duì)一臺(tái)六相電機(jī)

    因此，