不同pwm調制方式下無刷直流電機電磁轉矩的計算
李自成，程善美，秦憶
（華中科技大學控制科學與工程系，武漢430074）
摘要：分析了無刷直流電機兩兩導通控制下的不同pwm調制方式，推導出不同pwm調制方式下電機穩態運行時相電流和電磁轉矩的計算公式，并得出在單管pwm調制方式下有效轉矩比雙管pwm調制方式下大的結論，這對于pwm調制方式應用于不同場合和進一步研究轉矩脈動的抑制提供了理論依據。實驗結果證實了所提出的理論的正確性。
關鍵詞：無刷直流電機；脈寬調制；電磁轉矩；占空比
中圖分類號：tm36+1 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)03-0010-04
0引言
無刷直流電機具有結構簡單、維護方便、調速性能好、運行效率高、控制簡單等優點，已經在許多工業領域得到廣泛應用。針對兩兩導通120度導電方式，許多pwm調制策略被提出[1-3]，這些pwm調制方式各有優缺點，可以適用于不同的應用場合，但對于產生的有效轉矩的大小研究不多[4,5]。本文通過對無刷直流電機在不同pwm調制方式下的電流續流情況進行了理論推導，分別得到單管和雙管pwm調制方式電機穩態運行的相電流和電磁轉矩計算公式，并得出在單管pwm調制方式下有效轉矩比雙管pwm方式大的結論，這對于pwm調制方式應用于不同場合提供了理論依據，最后通過實驗對上述結論進行驗證。
1不同pwm調制方式電磁轉矩計算原理
1.1單管pwm調制方式
無刷直流電機控制系統一般采用三相電壓型逆變器，電機采用兩兩120。導通控制方式，其主電路如圖1所示。
假設電機三相對稱，忽略凸極效應，則三相電壓方程可以表示為[7]：
當pwm調制信號有效時，即直流母線電壓通過vt1和vt6導通施加到電機的a、b相定子端，則線電壓表達式為：
當pwm調制頻率較高時，即載波周期遠小于電機繞組的電氣時間常數//r時，可以忽略定子電阻壓降，則上式進一步化簡為：
如果忽略換相期間的電流續流情況，則在非換相期間，上述pwm調制方式可以歸納為兩種電流續流方式。第一種如圖2所示，上管pwm下管on，則在上管off期間電流流向為圖中箭頭所示。
顯然，在上管關斷期間電流通過vd4、vt6在繞組內都續流。同樣，第二種續流方式為下管關斷期間電流通過vd3、vt1在繞組內部續流。 線電壓表達式為：
定子相繞組自感，l。為定子相繞組互感，有效電 忽略電阻壓降，進一步化簡為：
假設無刷直流電機反電動勢波形為平頂寬度大于120度的理想梯形波，忽略換相期間的換相轉 設d為pwm的占空比，則在一個pwm周期r內，
矩變化和非換相期間不導通相的電流續流情況。
如果電流i。連續，由式(4)和式(6)則可得：
下面以vt1、vt6導通為例分析在不同pwm調制方式下非換相期間電流續流及 |
