存在换相续流过程是无刷直流电机驱动系统的典型特征,但换相续流过程对系统性能具有显著的负面影响。一方面,续流导致电流相位滞后,造成系统效率的下降;另一方面,换相续流过程中产生的转矩波动是机械振动和噪音的重要来源;此外,过长时间的换相续流过程还将妨碍反电势过零点的检测,导致位置检测失败。因此,对换相续流过程的控制是无刷直流电机控制技术的关键问题。目前的研究成果只实现了对短时间换相续流过程的控制,鲜有针对长时间换相续流过程的研究。然而,随着无刷直流电机功率密度的不断提高,因高转速和大电感造成的长时间换相续流现象越来越常见。本文通过对换相续流过程的深入分析,针对长时间换相续流提出合理的控制策略,既具有重要的理论意义也具有较大的实用价值。本文首先对换相续流过程的影响因素进行分析,为系统设计提供理论基础。其次,基于电路拓扑分析,研究具备实时调控换相续流过程能力的电机驱动电路。然后,采用反问题研究方法,通过合理设计换相过程的电流波形,有效解决转矩波动问题。最后,考虑续流过程,研究十二拍换相对转矩波动的抑制效果,实现换相策略的优化。对换相续流过程的影响因素进行了研究。基于无刷直流电机驱动系统的电路模型,推导了描述换相过程的电流解析表达式,揭示了换相续流角随绕组阻抗角及系统电压比变化的规律,采用解析方法从系统设计和逆变器控制两个方面具体分析了换相续流角的影响因素。结果表明:在系统设计阶段,通过改变绕组电感、反电势系数和直流母线电压可以控制换相续流角;PWM调制方式对换相续流角的影响与所采用的斩波模式有关,采用ON_PWM调制方式能获得最小的换相续流角;超前换相有利于减小换相续流角。对换相续流可控的驱动电路拓扑进行了研究。首先从理论上证明了逆变器直流母线电压分段控制对换相续流角的实时调节作用;然后基于双直流母线思想提出了将正向馈能通路母线和反向馈能通路母线分开的三端口逆变电路;构造了双极性C-dump变换器,实现对反向馈能通路直流母线电压的独立调节。实验结果表明:本文提出的新型驱动电路无需检测换相续流结束时刻,与传统拓扑相比具有控制简单可靠的优势;通过改变PWM占空比可以灵活调节双极性C-dump变换器的输出电压,实现对换相续流过程的实时控制。对可设定换相续流角的转矩控制策略进行了研究。综合考虑非理想反电势和换相续流过程的影响,以换相续流角作为可调参数构造了具有最优换相超前角的期望电流函数;计算了与期望电流对应的相电压函数,分析了直流母线电压对可选换相续流角范围的限制;推导了控制逆变器所需的占空比表达式,并利用仿真分析对本文提出的转矩控制策略进行了验证。结果表明:采用构造期望电流函数的方法可以在抑制转矩波动的同时实现对换相续流角的准确控制;换相续流角的可选范围与直流母线电压有关;采用分时PWM占空比控制方式可以实现本文提出的转矩控制策略,获得可与正弦波驱动媲美的转矩平稳性。对十二拍换相策略进行了研究。首先考虑换相续流过程的影响,以换相模式角为变量建立了十二拍换相模式的开关函数模型;然后推导了相电压的解析表达式,分析了十二拍换相对相电压谐波的影响;最后采用谐波法计算了电磁转矩,比较了十二拍换相与传统120°导通六拍换相的转矩波动。结果表明:十二拍换相时相电压并非理想阶梯波,其谐波幅值不仅随换相模式角变化,还受系统电压比、换相续流角及换相超前角影响;在换相模式角满足特定条件时,采用十二拍换相替代传统六拍换相可以削弱相电压谐波;当换相续流角较大时,具有特定换相模式角的十二拍换相方式可以显著削弱换相转矩波动。