直流无刷电机换向转矩脉动抑制研究
王正仕，张朝立，陈辉明
（浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027）
摘 要：为了解决直流无刷电机换向过程中转矩脉动较大的问题，提出了一种优化的脉冲宽度调制方法。为了分析直流无刷电机运行时脉冲宽度调制方法对电机换相转矩的影响，在理论上，从直流无刷电机方程入手，推导了直流无刷电机换相时的电磁转矩大小，分析了产生换相转矩的原因。针对使用传统脉冲宽度调制方法时电机转矩脉动较大的缺点，提出了一种新的脉冲宽度调制方法pwm-oiv脉冲宽度调制。并从理论上证明了在直流无刷电机控制中，所提出的pwm-on脉冲宽度调制方法产生的转矩脉动相比较小：在试验中使用了基于tms32,old,8016芯片的具有高可靠性与高灵敏的dsp控制系统，通过实验证明，所提出的脉冲宽度调制方法有效地抑制了直流无刷电机换相时的转矩脉动．
关键词：直流无刷电机；换向转矩脉动；脉冲宽度调制
中图分类号：tp 27 文献标识码：a
1引言
无刷直流电机是具有梯形反电势波的永磁电机。永磁电机转子采用永磁材料，具有体积小，重量轻，结构简单，运行可靠，效率高等一系列优点，其中，无刷直流电机更因其控制简单的优势在各方面都得到了越来越广泛的应用。但是，无刷直流电机固有的电磁转矩脉动问题会较大影响电机的转速和伺服性能，制约了其进一步的发展。因此，无刷直流电机转矩脉动的抑制，成为了一个重要的研究方向。
试验中控制系统采用了德州仪器公司****的dsp芯片tms320lf28016，通过实验证明，该芯片构成的无刷直流电机调速系统具有高灵敏性和高可靠性的优点，并通过新的pwm凋制方式有效的抑制了换向转矩脉动。
2直流无刷电机换向转矩脉动分析
1)直流无刷电机数学模型以星形三相六状态的120度导通的直流无刷电机为例。主电路采用三相半桥式逆变器，主电路和电机等效模型，如图1所示。
可以使用如下三相端电压平衡方程式来描述图l中的无刷直流电机高效率高密度电力电子变换器，逆变器先进控制技术，电力电子技术在太阳能、风能等新型能源中的应用等方面的教学与科研工作。
假设电机三相对称，具有120度梯形波反电动势，忽略凸极效应，设绕组特性和参数相同且为常数。
电机电磁转矩公式为
稳态时电机只有两相通电，电磁转矩为
无刷直流电机在工作时，每次换相相隔60度电角度。在换相期间，尽管关断相上的开关管已经关断，但由于电机绕组电感的存在，电流不可能一下减为零，总是会通过相应的续流二极管进行续流，随之再衰减为零。这就是产生换向转矩脉动的主要原因。关断相的反电动势波形为一个斜坡函数，如图2，图3所示。
因为换向过程很短，在下面的计算中假设换向期间e=±e（e为反电动势幅值）。
针对无刷直流电机换相的特性，产生了两种不同的调制方式：
1、 通管进行pwm调制，非换相开关管恒通( pwm-on)各开关状态，见图2。
2、开通管恒通，非换相开关管进行pwm调制( on-pwm)，各开关状态，见图3。
下面就具体来分析一下两种不同pwm调制方式对转矩脉动的影响。
2)开通管进行pwivi调制方式（pwm-on）对转矩脉动的影响 以图1主电路为例，假设电流从u相切换到l2相，此段换相期间波形见图2，t1为关断开关管，t1为开通开关管，而t2为非换相开关管。此种调制方式下由开通开关管t3进行pwm调 |
