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1、綜述Technicalreview永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及其抑制方法1112紀(jì)志成,姜建國,沈艷霞,薛花(1.中國礦業(yè)大學(xué),江蘇徐州221008;2.江南大學(xué),江蘇無錫214036)ReviewofTorqueRippleanditsSuppressioninPermanentMagnetBrushlessDCMotor1112JIZhi-cheng,JIANGJian-guo,SHENYan-xia,XUEHua(1.ChinaUniversityofMiningTechn
2、ology,JiangsuXuzhou221008,China;2.SouthernYangtzeUniversity,JiangsuWuxi214036,China)摘要:依據(jù)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其轉(zhuǎn)矩則三相繞組的電壓方程可表示為:特性,分析了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的多種原因,并介紹了各種有效的uar00ia控制策略。ub=0r0ib+關(guān)鍵詞:永磁無刷直流電動(dòng)機(jī);數(shù)學(xué)模型;轉(zhuǎn)矩特性;轉(zhuǎn)矩uc00ric脈動(dòng)L-M00iaea中圖分類號(hào):TM33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0L-M0pib+eb(1)文章編號(hào):100
3、4-7018(2003)05-0033-05Abstract:Accordingtothemathematicalmodelandtorque00L-MiceccharacteristicsofpermanentmagnetbrushlessDCmotor,therea-式中:ua、ub、uc為定子相繞組電壓(V);ia、ib、ic為定子sonsthatgiverisetotorqueripplehavebeenanalyzedinthispa-相繞組電流(A);ea、eb、ec為定子相繞組電動(dòng)勢(V);L為p
4、er.Thecontrolstrategiesforsuppressingthetorquerippleare每相繞組的自感(H);M為每兩相繞組間的互感(H);pdescribedrespectively.為微分算子,p=d/dt。Keywords:permanentmagnetbrushlessDCmotor;mathe-根據(jù)式(1)可得電機(jī)的等效電路圖,如圖1所示。maticalmodel;torquecharacteristics;torqueripple1引言永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)以其體積小、性能好、結(jié)
5、構(gòu)簡單、可靠性高、輸出轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)而得到了越來越廣泛的應(yīng)用,尤其是在機(jī)器人、航天航空、精密電子儀器與設(shè)備等對電機(jī)性能、控制精度要求較高的場合圖1永磁無刷直流電機(jī)等效電路圖和領(lǐng)域,無刷直流電機(jī)的應(yīng)用和研究受到了廣泛的重3轉(zhuǎn)矩特性[1-2]視。對于這類應(yīng)用場合,轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制的優(yōu)劣成為永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子繞組中的衡量無刷直流電機(jī)性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo),通常高性電流與轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生的。定子繞能伺服系統(tǒng)的低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)應(yīng)小于3%。因此,抑制轉(zhuǎn)矩組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為脈動(dòng)成為
6、提高無刷直流電機(jī)伺服系統(tǒng)性能的關(guān)鍵,從而,1Te=(eaia+ebib+ecic)(2)對于抑制或者消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的有效措施的研究具有十分重要的意義。由式(2)可看出,無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程與普通2永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型直流電動(dòng)機(jī)相似,其電磁轉(zhuǎn)矩大小與磁通和電流幅值成以二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例,分析無刷直流電正比,所以控制逆變器輸出方波電流的幅值即可控制無機(jī)的數(shù)學(xué)模型及電磁轉(zhuǎn)矩等特性。為了便于分析,假定:刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。為產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩,要求定(1)三相繞組完全對稱,氣隙磁場為方波,定子電
7、流、子電流為方波,反電動(dòng)勢為梯形波,且在每半個(gè)周期內(nèi),轉(zhuǎn)子磁場分布皆對稱;方波電流的持續(xù)時(shí)間為120電角度,梯形波反電動(dòng)勢的(2)忽略齒槽、換相過程和電樞反應(yīng)等的影響;平頂部分也為120電角度,兩者應(yīng)嚴(yán)格同步。由于在任(3)電樞繞組在定子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布;何時(shí)刻,定子只有兩相導(dǎo)通,則電磁功率可表示為:(4)磁路不飽和,不計(jì)渦流和磁滯損耗。Pe=eaia+ebib+ecic=2EsIs(3)電磁轉(zhuǎn)矩又可表示為:收稿日期:2002-05-06Te=Pe/=2EsIs/(4)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及
8、其抑制方法33綜述Technicalreview運(yùn)動(dòng)方程:了轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是由相電流和反電動(dòng)d勢相互作用的原理,可以考慮通過控制電流的諧波成分Te-TL-B=J=Jp(5)dt來消除由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。不同次電流諧波和反電勢其中:Te為電磁轉(zhuǎn)矩;TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩;B為阻尼系數(shù);諧波的結(jié)合,會(huì)產(chǎn)生具有相同角頻率的諧波轉(zhuǎn)矩分量
