連續(xù)位置檢測的無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制的控制策略研究
蘇昭暉，廖勇，姚駿
（重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室，重慶400044）
摘要：常規(guī)永磁無刷直流電機，其換相位置檢測采用霍爾開關(guān)元件，由于換相過程的存在，其低速運行時轉(zhuǎn)矩脈動較大，限制了其應(yīng)用。文章針對采用連續(xù)位置檢測的無刷直流電動機，提出了通過控制三相定子電壓，延長關(guān)斷，使關(guān)斷相的電流平滑變化，通過控制非換相相和導(dǎo)通相的電壓，保持非換相相電流不變，從而有效抑制電流換相過程引起的轉(zhuǎn)矩脈動。通過120度導(dǎo)通型方波驅(qū)動和改進(jìn)驅(qū)動兩種不同的控制方式下的比較實驗，驗證了該方法對抑制轉(zhuǎn)矩脈動的有效性，有利于無刷直流電機的低速運行的平穩(wěn)性。
關(guān)鍵詞：永磁無刷直流電機；轉(zhuǎn)矩脈動；低速平穩(wěn)性
中圖分類號：tm36 +1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)04-0008-04
0引 言
常規(guī)永磁無刷直流電機，其換相位置檢測采用霍爾開關(guān)元件，由于換相過程的存在，其低速運行時轉(zhuǎn)矩脈動較大，限制了其應(yīng)用。引起轉(zhuǎn)矩脈動的因素主要有：電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動、齒槽效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動、機械加工因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動，而由電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動是電機轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的主要原因[1-6]，針對抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動，諸多文獻(xiàn)提出了一些有效酌方法[7-10]，但是這些方法也存在一些問題，比如滯后換相法，在采用霍爾位置傳感器的電機中滯后的時間和時刻都較難確定。還有一種就是電流定額采樣法與滯后換相法結(jié)合，這種方法雖然取得了一定的效果，但問題在于電流采樣的延時和滯環(huán)控制的開關(guān)頻率不確定。
本文著重分析由電流換相引起轉(zhuǎn)矩脈動的原因，并對采用連續(xù)位置檢測的無刷直流電動機，分析其三相電流的變化率，提出一種能夠有效抑制電流換相過程引起的轉(zhuǎn)矩脈動的方法，通過與120度導(dǎo)通型電壓方波驅(qū)動控制方法進(jìn)行實驗比較，證明其能夠有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動，具有良好的低速平穩(wěn)性。
1 由電流換相產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因分析
對采用典型120度導(dǎo)通型方波電壓驅(qū)動的永磁無刷直流電機，假設(shè)其反電動勢波形為平頂梯形波，電機三相繞組對稱，不考慮齒槽效應(yīng)，對于凸裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，忽略凸極效應(yīng)，因而定子三相繞組的自感為常數(shù)，三相繞組間的互感也為常數(shù)，兩者都與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)。設(shè)r為每相繞組的相電阻；每相繞組的自感；肘為每兩相繞組間的互感，則有電機數(shù)學(xué)模型：
假設(shè)b、c相電流換相，即電機繞組由b相反向?qū)ㄏ騝相反向?qū)ㄞD(zhuǎn)換，a相繞組仍保持正向?qū)āＭㄟ^vt的反并聯(lián)二極管d3續(xù)流，為非受控狀態(tài)；而i在電流調(diào)節(jié)器的作用下從零開始上升，為受控狀態(tài)，其電流流通路徑如圖1所示。
當(dāng)b、c相換相開始時，導(dǎo)通回路和續(xù)流回路的回路電流方程可寫為：
根據(jù)式(4)得到：
根據(jù)圖1的電流流通路徑和式(2)、式(4)，得b、c相換相時，電機的電磁轉(zhuǎn)矩為：
由于換相時間很短，可近似認(rèn)為繞組電勢在換相區(qū)間內(nèi)不變化。所以電機的電磁轉(zhuǎn)矩變化率：
由式(7)可知，關(guān)斷相電流下降速率與導(dǎo)通相電流上升速率相同時，電磁轉(zhuǎn)矩不變，即不產(chǎn)生換相轉(zhuǎn)矩脈動；當(dāng)關(guān)斷相電流下降速率與尋通相電流上升速率不同時，電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生波動，而且 |
