直流無刷電機換向轉矩脈動抑制研究
王正仕，張朝立，陳輝明
（浙江大學電氣工程學院，浙江杭州310027）
摘 要：為了解決直流無刷電機換向過程中轉矩脈動較大的問題，提出了一種優化的脈沖寬度調制方法。為了分析直流無刷電機運行時脈沖寬度調制方法對電機換相轉矩的影響，在理論上，從直流無刷電機方程入手，推導了直流無刷電機換相時的電磁轉矩大小，分析了產生換相轉矩的原因。針對使用傳統脈沖寬度調制方法時電機轉矩脈動較大的缺點，提出了一種新的脈沖寬度調制方法pwm-oiv脈沖寬度調制。并從理論上證明了在直流無刷電機控制中，所提出的pwm-on脈沖寬度調制方法產生的轉矩脈動相比較小：在試驗中使用了基于tms32,old,8016芯片的具有高可靠性與高靈敏的dsp控制系統，通過實驗證明，所提出的脈沖寬度調制方法有效地抑制了直流無刷電機換相時的轉矩脈動．
關鍵詞：直流無刷電機；換向轉矩脈動；脈沖寬度調制
中圖分類號：tp 27 文獻標識碼：a
1引言
無刷直流電機是具有梯形反電勢波的永磁電機。永磁電機轉子采用永磁材料，具有體積小，重量輕，結構簡單，運行可靠，效率高等一系列優點，其中，無刷直流電機更因其控制簡單的優勢在各方面都得到了越來越廣泛的應用。但是，無刷直流電機固有的電磁轉矩脈動問題會較大影響電機的轉速和伺服性能，制約了其進一步的發展。因此，無刷直流電機轉矩脈動的抑制，成為了一個重要的研究方向。
試驗中控制系統采用了德州儀器公司****的dsp芯片tms320lf28016，通過實驗證明，該芯片構成的無刷直流電機調速系統具有高靈敏性和高可靠性的優點，并通過新的pwm凋制方式有效的抑制了換向轉矩脈動。
2直流無刷電機換向轉矩脈動分析
1)直流無刷電機數學模型以星形三相六狀態的120度導通的直流無刷電機為例。主電路采用三相半橋式逆變器，主電路和電機等效模型，如圖1所示。
可以使用如下三相端電壓平衡方程式來描述圖l中的無刷直流電機高效率高密度電力電子變換器，逆變器先進控制技術，電力電子技術在太陽能、風能等新型能源中的應用等方面的教學與科研工作。
假設電機三相對稱，具有120度梯形波反電動勢，忽略凸極效應，設繞組特性和參數相同且為常數。
電機電磁轉矩公式為
穩態時電機只有兩相通電，電磁轉矩為
無刷直流電機在工作時，每次換相相隔60度電角度。在換相期間，盡管關斷相上的開關管已經關斷，但由于電機繞組電感的存在，電流不可能一下減為零，總是會通過相應的續流二極管進行續流，隨之再衰減為零。這就是產生換向轉矩脈動的主要原因。關斷相的反電動勢波形為一個斜坡函數，如圖2，圖3所示。
因為換向過程很短，在下面的計算中假設換向期間e=±e（e為反電動勢幅值）。
針對無刷直流電機換相的特性，產生了兩種不同的調制方式：
1、 通管進行pwm調制，非換相開關管恒通( pwm-on)各開關狀態，見圖2。
2、開通管恒通，非換相開關管進行pwm調制( on-pwm)，各開關狀態，見圖3。
下面就具體來分析一下兩種不同pwm調制方式對轉矩脈動的影響。
2)開通管進行pwivi調制方式（pwm-on）對轉矩脈動的影響 以圖1主電路為例，假設電流從u相切換到l2相，此段換相期間波形見圖2，t1為關斷開關管，t1為開通開關管，而t2為非換相開關管。此種調制方式下由開通開關管t3進行pwm調 |
