摘要：基于無刷直流電動(dòng)機(jī)換相過程電磁轉(zhuǎn)矩的分析，推導(dǎo)出考慮繞組電阻和電感的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)公式，并與現(xiàn)有文獻(xiàn)常引用的carlson典文獻(xiàn)只考慮電感忽略繞糾電阻的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析結(jié)果比較。給出了換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率與繞組電磁時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系關(guān)鍵詞：無刷直流電動(dòng)機(jī)；換相過程；換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)；電感
O 引 言
轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，又稱為轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，是無刷直流電動(dòng)機(jī)的突出問題。近年，無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)及其抑制技術(shù)一直成為兀刷直流電機(jī)研究熱點(diǎn)之一無刷卣流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題制約了其在要求低紋波速度的凋速系統(tǒng)和高精度位置伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用。對(duì)于高精度高穩(wěn)定度的系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是衡最無刷疽流電動(dòng)機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)此外，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)也是電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和噪聲的原因。因此，分析轉(zhuǎn)矩波動(dòng)形成的原因，研究降低或抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方法有重要的意義。
造成無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)有多方面的原閑，其中，電流換相引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是比較主要的。三相星形連接的無刷直流電動(dòng)機(jī)大多采用三相六狀態(tài)控制，若希望產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持恒定，則需要有理想的反電動(dòng)勢(shì)波形，梯形平頂部分不小十120。，并供給相應(yīng)的方波驅(qū)動(dòng)電流．當(dāng)方波的電流與梯形波的反電勢(shì)相位一致，并且在120。電角度內(nèi)幅值恒定，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將是一個(gè)常數(shù)，即沒有轉(zhuǎn)矩波動(dòng)但是這只是理想情況，由于繞組電感的存在，電流的上升時(shí)間和下降時(shí)間不可能無限短，使得實(shí)際棚電流并不是理想的方波，而且電機(jī)換相也會(huì)造成非換相相電流的波動(dòng)，因此引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。電機(jī)在每次換相期間由換相引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)稱為換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)對(duì)于一臺(tái)設(shè)計(jì)制造精良的無刷直流電機(jī)來說，即使齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和諧波轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較小，而換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)卻可能達(dá)到平均轉(zhuǎn)矩的50％左右。因此，分析和抑制換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)成為減小電機(jī)整體轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的關(guān)鍵問題本文討論無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有PwM的自然換相情況下，研究分析考慮繞組電阻和電感時(shí)的換相過程電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，給出了無刷直流電動(dòng)機(jī)的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率、換相時(shí)間與繞組電磁時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系式，它們是Kσ和z的函數(shù)。并指出現(xiàn)有文獻(xiàn)常引用的carlson經(jīng)典文獻(xiàn)只考慮繞組電感忽略繞組電阻的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析結(jié)果只適合x很小，即大電感或高速電機(jī)情況。本文的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析兼顧了x的不同范圍，即時(shí)問常數(shù)大小不同和各種轉(zhuǎn)速范同電機(jī)的情況，是更全面的分析。還以一實(shí)例討論了換相時(shí)間與轉(zhuǎn)速關(guān)系。
結(jié)論(1)同時(shí)考慮繞組電感和電阻的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析得到的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)表達(dá)式、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率Tbd和t1／T公式，它們是Ku和x的函數(shù)，即與電機(jī)繞組時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。
(2)carlson在經(jīng)典文獻(xiàn)只計(jì)繞組電感忽略繞組電阻的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析，得到的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與轉(zhuǎn)速關(guān)系只適合x很小，即大電感或高速電機(jī)情況。
本文的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析兼顧了x的不同范圍，即時(shí)間常數(shù)大小不同和各種轉(zhuǎn)速范圍電機(jī)的情況，是更全面的分析。
(3)在x很小時(shí)，在半速和高速區(qū)的分析結(jié)論與忽略繞組電阻的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析的情況圖l(a)和(b)的結(jié)果一致。
(4)忽略電阻分析的情況圖1(c)低速區(qū)的結(jié)果認(rèn)為接近于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，E≈O，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)△T=-50％是不正確的。當(dāng)接近于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，換相周期時(shí)間T已很長(zhǎng)，x已很大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)接近于一20％。
(5)在半速u=4E時(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為O的結(jié)論只是在x小于O.02才成立。當(dāng)x大于0.02以后，在半速時(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)并非為0。對(duì)于x較大的電機(jī)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)接近-33％。 |
