連續位置檢測的無刷直流電機轉矩脈動抑制的控制策略研究
蘇昭暉，廖勇，姚駿
（重慶大學輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室，重慶400044）
摘要：常規永磁無刷直流電機，其換相位置檢測采用霍爾開關元件，由于換相過程的存在，其低速運行時轉矩脈動較大，限制了其應用。文章針對采用連續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，延長關斷，使關斷相的電流平滑變化，通過控制非換相相和導通相的電壓，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矩脈動。通過120度導通型方波驅動和改進驅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矩脈動的有效性，有利于無刷直流電機的低速運行的平穩性。
關鍵詞：永磁無刷直流電機；轉矩脈動；低速平穩性
中圖分類號：tm36 +1 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)04-0008-04
0引 言
常規永磁無刷直流電機，其換相位置檢測采用霍爾開關元件，由于換相過程的存在，其低速運行時轉矩脈動較大，限制了其應用。引起轉矩脈動的因素主要有：電流換相引起的轉矩脈動、齒槽效應引起的轉矩脈動、機械加工因素引起的轉矩脈動，而由電流換相引起的轉矩脈動是電機轉矩脈動產生的主要原因[1-6]，針對抑制換相轉矩脈動，諸多文獻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控制的開關頻率不確定。
本文著重分析由電流換相引起轉矩脈動的原因，并對采用連續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矩脈動的方法，通過與120度導通型電壓方波驅動控制方法進行實驗比較，證明其能夠有效地抑制轉矩脈動，具有良好的低速平穩性。
1 由電流換相產生轉矩脈動的原因分析
對采用典型120度導通型方波電壓驅動的永磁無刷直流電機，假設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，對于凸裝式轉子結構，忽略凸極效應，因而定子三相繞組的自感為常數，三相繞組間的互感也為常數，兩者都與轉子位置無關。設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，則有電機數學模型：
假設b、c相電流換相，即電機繞組由b相反向導通向c相反向導通轉換，a相繞組仍保持正向導通。通過vt的反并聯二極管d3續流，為非受控狀態；而i在電流調節器的作用下從零開始上升，為受控狀態，其電流流通路徑如圖1所示。
當b、c相換相開始時，導通回路和續流回路的回路電流方程可寫為：
根據式(4)得到：
根據圖1的電流流通路徑和式(2)、式(4)，得b、c相換相時，電機的電磁轉矩為：
由于換相時間很短，可近似認為繞組電勢在換相區間內不變化。所以電機的電磁轉矩變化率：
由式(7)可知，關斷相電流下降速率與導通相電流上升速率相同時，電磁轉矩不變，即不產生換相轉矩脈動；當關斷相電流下降速率與尋通相電流上升速率不同時，電磁轉矩產生波動，而且 |
