无刷直流电机的电枢反应及其削弱方法
张一呜 夏平畴(中国科学院电工研究所北京100080)
摘 要 采用数值计算方法对无刷直流电机的电枢反应作了分析，指出了电枢反应对力矩波动的影响。在讨论了
无刷电机的换向原理之后，提出了一种削弱这种影响的新方法。最后用实验证明了这种方法的可行性。
叙 词 无刷直流电动机电枢反应力矩波动
1 引 言
直流伺服电机控制简单，目前使用较多，但由于电刷与换向器等机械装置的存在，使该类型电机使用有诸多不便，需要定期维护和更换碳刷，制造也较麻烦，容量和使用电压也受到限制。所以，70年代以来，由于电力电子技术、自动控制理论和微处理器件的进步，无刷直流电机取代有刷直流电机已成为一种必然的趋势[1]。但是，如果从低速时的力矩波动来看，与有刷电机相比，无刷电机还不能尽如人意。原因有很多方面，如无刷电机的反电势波形不可能达到理论上的梯形波，无刷电机电枢反应的存在、电机的齿槽效应、电机的相电感不对称等。因此，要克服无刷电机低速时的力矩波动，不得不从多方面着手。本文详细探讨无刷电机的电枢反应对力矩波动的影响以及克服的方法。
2 无刷直流伺服电机的电枢反应
通过对电机气隙磁场的数值分析，可以清楚地看到电机电柩反应的严重程度。电机的模型如图1所示。
假定：
(1)磁瓦等效为两侧有电流层
(2)求解区域为一个极矩范围，两侧满足周期性条件，电机外壳外圆与转轴中心处场强为零。
(3)每极槽数为整数，定、转子相对固定，不考虑换向过程。
电机的基本方程式和边界条件是：
图2示出了某一额定电流为45a的电机在空载和1～5倍负载下气隙磁场沿极距的分布。
从图2中可见，无刷直流电机的电枢反应与有刷直流电机的电枢反应在程度上大体相当[2]。
根据计算结果，可得到电机的矩角特性[3]，图3给出了极孤系数分别为0.8和0.9时电机的矩角特性曲线，从中可以看到力矩波动。
从理论上讲，给定一个正弦值和余弦值，就可以确定电机的转角（转子位置）。
通过rdc变换，转子的位置就能以数字量并行的方式输出，其分辨率可以是210～216，由****转速确定。****转速越高，分辨率越低。
无刷直流电机电子换向的方法是，把报告电机转子位置信息的并行数字量作为地址线，去触发一片已写好的换向代码的eprom，随着地址的增加（电机正转）或减少（电机反转），换向代码就按照一定的顺序控制大功率模块的开或关，如图4所示。
3基于旋变反馈的换向原理
为了削弱电机电枢反应对力矩波动的影响，有必要先弄清楚无刷直沆电机的换向原理。无刷直流伺服电机的位置反馈元件可以是霍尔元件、光电编码器或旋转变压器。这里以一个激励、二个输出的旋变为例介绍换向原理。
设激励电压为：
在两组输出绕组上，
正弦输出：
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