不同pwm调制方式下无刷直流电机电磁转矩的计算
李自成，程善美，秦忆
（华中科技大学控制科学与工程系，武汉430074）
摘要：分析了无刷直流电机两两导通控制下的不同pwm调制方式，推导出不同pwm调制方式下电机稳态运行时相电流和电磁转矩的计算公式，并得出在单管pwm调制方式下有效转矩比双管pwm调制方式下大的结论，这对于pwm调制方式应用于不同场合和进一步研究转矩脉动的抑制提供了理论依据。实验结果证实了所提出的理论的正确性。
关键词：无刷直流电机；脉宽调制；电磁转矩；占空比
中图分类号：tm36+1 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)03-0010-04
0引言
无刷直流电机具有结构简单、维护方便、调速性能好、运行效率高、控制简单等优点，已经在许多工业领域得到广泛应用。针对两两导通120度导电方式，许多pwm调制策略被提出[1-3]，这些pwm调制方式各有优缺点，可以适用于不同的应用场合，但对于产生的有效转矩的大小研究不多[4,5]。本文通过对无刷直流电机在不同pwm调制方式下的电流续流情况进行了理论推导，分别得到单管和双管pwm调制方式电机稳态运行的相电流和电磁转矩计算公式，并得出在单管pwm调制方式下有效转矩比双管pwm方式大的结论，这对于pwm调制方式应用于不同场合提供了理论依据，最后通过实验对上述结论进行验证。
1不同pwm调制方式电磁转矩计算原理
1.1单管pwm调制方式
无刷直流电机控制系统一般采用三相电压型逆变器，电机采用两两120。导通控制方式，其主电路如图1所示。
假设电机三相对称，忽略凸极效应，则三相电压方程可以表示为[7]：
当pwm调制信号有效时，即直流母线电压通过vt1和vt6导通施加到电机的a、b相定子端，则线电压表达式为：
当pwm调制频率较高时，即载波周期远小于电机绕组的电气时间常数//r时，可以忽略定子电阻压降，则上式进一步化简为：
如果忽略换相期间的电流续流情况，则在非换相期间，上述pwm调制方式可以归纳为两种电流续流方式。第一种如图2所示，上管pwm下管on，则在上管off期间电流流向为图中箭头所示。
显然，在上管关断期间电流通过vd4、vt6在绕组内都续流。同样，第二种续流方式为下管关断期间电流通过vd3、vt1在绕组内部续流。 线电压表达式为：
定子相绕组自感，l。为定子相绕组互感，有效电 忽略电阻压降，进一步化简为：
假设无刷直流电机反电动势波形为平顶宽度大于120度的理想梯形波，忽略换相期间的换相转 设d为pwm的占空比，则在一个pwm周期r内，
矩变化和非换相期间不导通相的电流续流情况。
如果电流i。连续，由式(4)和式(6)则可得：
下面以vt1、vt6导通为例分析在不同pwm调制方式下非换相期间电流续流及 |
