摘    要：為了解決直流無(wú)刷電機(jī)換向過(guò)程中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大的問(wèn)題，提出了一種優(yōu)化的脈沖寬度調(diào)制方法。為了分析直流無(wú)刷電機(jī)運(yùn)行時(shí)脈沖寬度調(diào)制方法對(duì)電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩的影響，在理論上，從直流無(wú)刷電機(jī)方程入手，推導(dǎo)了直流無(wú)刷電機(jī)換相時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩大小，分析了產(chǎn)生換相轉(zhuǎn)矩的原因。針對(duì)使用傳統(tǒng)脈沖寬度調(diào)制方法時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大的缺點(diǎn)，提出了一種新的脈沖寬度調(diào)制方法pwm-oiv脈沖寬度調(diào)制。并從理論上證明了在直流無(wú)刷電機(jī)控制中，所提出的pwm-on脈沖寬度調(diào)制方法產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相比較小：在試驗(yàn)中使用了基于tms32,old,8016芯片的具有高可靠性與高靈敏的dsp控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，所提出的脈沖寬度調(diào)制方法有效地抑制了直流無(wú)刷電機(jī)換相時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)．

關(guān)鍵詞：直流無(wú)刷電機(jī)；換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；脈沖寬度調(diào)制

中圖分類號(hào)：tp 27    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a

    無(wú)刷直流電機(jī)是具有梯形反電勢(shì)波的永磁電機(jī)。永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁材料，具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，其中，無(wú)刷直流電機(jī)更因其控制簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)在各方面都得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是，無(wú)刷直流電機(jī)固有的電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題會(huì)較大影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速和伺服性能，制約了其進(jìn)一步的發(fā)展。因此，無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制，成為了一個(gè)重要的研究方向。

    試驗(yàn)中控制系統(tǒng)采用了德州儀器公司****的dsp芯片tms320lf28016，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該芯片構(gòu)成的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有高靈敏性和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，并通過(guò)新的pwm凋制方式有效的抑制了換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

  1)直流無(wú)刷電機(jī)數(shù)學(xué)模型以星形三相六狀態(tài)的120度導(dǎo)通的直流無(wú)刷電機(jī)為例。主電路采用三相半橋式逆變器，主電路和電機(jī)等效模型，如圖1所示。

   

  可以使用如下三相端電壓平衡方程式來(lái)描述圖l中的無(wú)刷直流電機(jī)高效率高密度電力電子變換器，逆變器先進(jìn)控制技術(shù)，電力電子技術(shù)在太陽(yáng)能、風(fēng)能等新型能源中的應(yīng)用等方面的教學(xué)與科研工作。

 

    假設(shè)電機(jī)三相對(duì)稱，具有120度梯形波反電動(dòng)勢(shì)，忽略凸極效應(yīng)，設(shè)繞組特性和參數(shù)相同且為常數(shù)。

    電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式為

    穩(wěn)態(tài)時(shí)電機(jī)只有兩相通電，電磁轉(zhuǎn)矩為

    無(wú)刷直流電機(jī)在工作時(shí)，每次換相相隔60度電角度。在換相期間，盡管關(guān)斷相上的開關(guān)管已經(jīng)關(guān)斷，但由于電機(jī)繞組電感的存在，電流不可能一下減為零，總是會(huì)通過(guò)相應(yīng)的續(xù)流二極管進(jìn)行續(xù)流，隨之再衰減為零。這就是產(chǎn)生換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要原因。關(guān)斷相的反電動(dòng)勢(shì)波形為一個(gè)斜坡函數(shù)，如圖2，圖3所示。

   

    因?yàn)閾Q向過(guò)程很短，在下面的計(jì)算中假設(shè)換向期間e=±e（e為反電動(dòng)勢(shì)幅值）。

    針對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)換相的特性，產(chǎn)生了兩種不同的調(diào)制方式：

1、 通管進(jìn)行pwm調(diào)制，非換相開關(guān)管恒通( pwm-on)各開關(guān)狀態(tài)，見(jiàn)圖2。

2、開通管恒通，非換相開關(guān)管進(jìn)行pwm調(diào)制( on-pwm)，各開關(guān)狀態(tài)，見(jiàn)圖3。

    下面就具體來(lái)分析一下兩種不同pwm調(diào)制方式對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。

  2)開通管進(jìn)行pwivi調(diào)制方式（pwm-on）對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響  以圖1主電路為例，假設(shè)電流從u相切換到l2相，此段換相期間波形見(jiàn)圖2，t1為關(guān)斷開關(guān)管，t1為開通開關(guān)管，而t2為非換相開關(guān)管。此種調(diào)制方式下由開通開關(guān)管t3進(jìn)行pwm調(diào)