【摘 要】
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永磁无刷直流电动机利用转子上的永磁体激磁,采用电子换相取代机械换相,结构简单、体积小、效率高,在许多领域得到了广泛应用。但是,由于永磁无刷直流电动机本身存在较大的换相转
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永磁无刷直流电动机利用转子上的永磁体激磁,采用电子换相取代机械换相,结构简单、体积小、效率高,在许多领域得到了广泛应用。但是,由于永磁无刷直流电动机本身存在较大的换相转矩脉动,从而必然产生噪音,造成谐波污染,使电机调速性能变差,限制了它在精密传动系统中的应用。本文在开发完成永磁无刷直流电动机控制系统的基础上,针对如何减小和抑制换相转矩脉动这一问题,从理论上分析了产生转矩脉动的原因,提出了相应的抑制或削弱换相转矩脉动的方法和控制策略,并且通过仿真和实验验证了其正确性,其主要内容如下:
第一,阐述了永磁无刷直流电动机的运行原理,给出了电机的数学模型,在此基础上,利用Matlab/Simulink软件建立了电机及控制系统的仿真模型,并且搭建了整个系统的实验平台。
第二,针对三相六状态导通运行方式中的五种PWM调制方式,首先通过理论分析比较了它们之间的换相转矩脉动的大小,得出pwmon方式产生的换相转矩脉动最小,HpwmLpwm方式的转矩脉动最大,其余几种在这两者之间的结论。最后,通过仿真和实验验证了上述结论的正确性。
第三,从理想的永磁无刷直流电机梯形波反电势出发,考虑相电流偏离理想方波电流对电磁转矩的影响,得出超前换相产生的转矩脉动比滞后换相的小。对电机的整个换相过程进行理论分析,得到引起换相转矩脉动的主要原因是换相区域开通相和关断相电流的变化率不一致,从而导致非换相相电流在换相区域产生一个缺口,凸起(低速,Ud>4E)或凹陷(高速,Ud<4E),因此,提出了关断相PWM调制法和重叠换相法,使得在换相区域开通相与关断相的电流变化率一致,从而消除非换相相电流的缺口。
第四,分析了反电势斜坡角大小对转矩脉动的影响,得出反电势斜坡角大于36°左右的永磁无刷直流电机采用正弦波电流供电方式产生的转矩脉动比方波电流供电方式的小。考虑系统的成本和性能,提出采用电压空间矢量的控制方法,利用三个霍尔位置传感器的六个位置信号,使得电机在运行过程中定子的基波磁势与转子磁势始终保持在90°左右,从而达到最大电磁转矩及最小转矩脉动的目的。
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