第四节无刷直流电动机的转矩脉动
无刷直流电动机转矩脉动抑制控制方法
4 结论
本文 的 换 相 补 偿 方 法 ， 能 够 快 速 地 控 制 换 相 电 流 ， 有效减小了换相转矩脉动 。 同时 ， 该补偿算法简单易实 现 ， 效果明显 ， 有很强的实用性 。 参考文献 ：
[1] 张琛.直流无刷电动机原理及应用 [M].北京:机械工业出版社, 1996. [2] 李宁 , 刘启新 . 电机自动控制系统 [M]. 北京 : 机械工业出版社 ,2003. [3] Kwang-Woon Lee, Jung-BaePark, Current control algorithm to reduce torque ripple in brushless DC motors[C]ICPE98 ，1998 ，1. [4] 夏长亮 , 等 . 基于自适应人工神经网络的无刷直流电机换相转矩脉
pIp T0= 16E2 ωmπ θ4 ∞ ∞
k = 1v = 1
ΣΣ v1k
2 2
sinvθ4（sinkθ3-sinkθ2）×{sinvθsinkθ+
139
· 测试与控制·
sin(vθ- 2vπ )sin(kθ- 2kπ )+sin(vθ+ 2vπ )sin(kθ+ 2kπ )} 3 3 3 3
此时电机的转矩时恒定的 ， 无转矩波动 。
（4 ）
式中 ： ua、 ub、 uc— 定子绕组相电压 （V）； ia、 ib、 ic— 定子绕组相电流 （A ）； ea、 eb、 ec — 定子绕组相反电动势
收稿日期 ： 2008－10－24 作者简介 ： 李晓飞 ， 男 ， 硕士研究生 。
而在非理想的情况下 ， 将式 （1 ）、（2 ） 带入 （4 ） 式可以 得到 ：
式中 ： θ2- 电流开通角 ； θ3- 电流换向结束角 。 电机定
无刷直流电动机转矩脉动及其抑制方法综述
2 电流换向引起的转矩脉动
永磁无刷直流电动机工作时 , 定子绕组按一定 顺序换流, 由于各相绕组存在电感 , 阻碍电流的瞬 时变化 , 每经过一个磁状态 , 电枢绕组中的电流从 某一相切换到另一相时将引起电机转矩的脉动。抑 制由电流换相引起的转矩脉动的方法有 : 电流反馈 法、滞环电流法、重叠换相法、 PWM 斩波法等。 2 1 电流反馈法 非换相相电流的存在导致换相转矩脉动 , 很多 文献通过各种方法致力于使非换相相电流保持恒定 , 从而使转矩脉动为零。 一般来 说, 电流 反馈控制 可以分 为两种 形式 : 一种是直流侧电流反馈控制。其反馈信号由直流侧 取出, 主要控制电流幅值。由于它是根据流过直流 电源的电流信号进行的 , 因此只需要一个电流传感 器便可得到电流反馈信号。文献 [ 6 ] 对此方法进行 了分析。另一种是交流侧电流反馈控制。其反馈信 号由交流侧取出 , 此时 , 根据转子的位置来确定要 控制的相电流, 使其跟随给定。在换相过程中 , 当 非换相电流未到达给定值时 , PWM 控制不起作用 ; 当非换相 电流超过 设定值时 , PWM 控制开 始起作 用 , 关断所有开关器件 , 使电流值下降 , 直至低于 设计值再闭合被关断的开关器件, 使其值上升, 以 此往复 , 即可实现非换相相电流的调节 , 直至换相 完成。 84
董少波, 程小华
( 华南理工大学 电力学院 , 广州 510640) 摘 要 : 转矩 脉动是无 刷直流电动 机的固有 缺陷 , 它限 制了其在高 精度系 统中 的应 用。该文 详细 论述 了转矩 脉动 产生 的各种原 因 , 并给出 了相应的有 效的抑制 方法。 关键词 : 转矩脉动 ; 无刷直流电机 ; 抑制方法 中图分类号 : TM 36+ 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1001 6848( 2010) 08 0083 04
直流无刷电机转矩波动原因
直流无刷电机转矩波动原因造成无刷直流电动机转矩脉动的原因很多，主要可以分为以下五个方面：1．电磁因素引起的转矩脉动这是由于定子电流和转子磁场相互作用而产生的转矩脉动．它与电流波形、感应电动势波形、气隙磁通密度的分布有着直接关系。
理想情况下，定子电流为方波，感应电动势为梯形波，平顶宽度为120°电角度，电磁转矩为恒值。
而实际电机中．由于设计和制造方面的原因．很难保持感应电动势为梯形波，或者平顶宽度不是120°电角度：或者由于转子位置检测和控制系统精度不够而造成感应电动势与电流不能保持严格同步；或者电流波形偏离方波，只能近似地按梯形波变化等。
这些因素的存在都会导致电磁转矩脉动的产生。
抑制电磁因素引起的转矩脉动的方法有优化设计法、最佳开通角法、谐波消去法、转矩反馈法等。
(1)优化设计法。
对于无刷直流电动机，磁极形状、极弧宽度、极弧边缘形状对输出电磁转矩都有很大的影啊。
当气隙磁通密度呈方波分布时，即感应电动势波形为理想的梯形波时，极弧宽度增加．则电磁转矩增加，转矩脉动减小；当极弧宽度达到π时，电机功率最大，转矩脉动为零。
据此，可以通过选择合理的无电磁转矩脉动的电机磁极和极弧的设计方案，改变磁极形状，或增加极弧宽度来有效消除电磁转矩脉动。
(2)最佳开通角法。
通过电机优化设计可以消除电磁转矩脉动，但也有不足之处，例如：由于电机绕组的电感限制，即使电机采用恒流源供电．在换流过程中电流不能突变，流入定子绕组的电流波形也不可能是矩形波；另外．对于实际电机，气隙磁场很难保持理想的方波分布，绕组感应电动势波形也并非理想的矩形，这样就无法实现完全从硬件设计上消除电磁转矩脉动。
因此．只能通过控制手段和策略来抑制转矩脉动。
如采用最佳开通角的方法抑制电磁转矩脉动，即先推导出转矩脉动与开通角之间的函数关系式，再求取电流最优开通角，使电流波形和感应电动势波形的配合适当．从而达到削弱转矩脉动的目的。
(3)谐波消去法。
无刷直流电动机转矩脉动抑制控制方法
微特电机2007年第9期D驱动控制rive and co n trol无刷直流电动机转矩脉动抑制控制方法39收稿日期:2007-01-15改稿日期:2007-02-25无刷直流电动机转矩脉动抑制控制方法王 俊1,毛鹏军1,彭 中2(1.河南科技大学,河南洛阳471003;2.苏州电器科学研究所有限公司,江苏苏州215011)摘 要:对无刷直流电动机转矩脉动的产生机理进行了分析,并通过对数学模型和运行状态的分析,得出了转矩脉动的大小及影响因素。
然后通过P WM 调制的方法对换相过程中产生的转矩脉动进行了补偿,对不同的转速范围提出了不同的补偿方式。
最后通过实验仿真验证了补偿方式的有效性。
关键词:无刷直流电动机;转矩脉动;P WM 调制中图分类号:T M 33 文献标识码:A 文章编号:1004-7018(2007)09-0039-03The M ethod toM ini m ize the Comm utation Torque R ipple in Brushless DC M otorWANG Jun 1,MAO P eng -jun 1,PENG Zhong2(1.H enan Un iversity of Science and Tec hno l o gy ,Luoyang 471003,China ;2.Suzhou E lectrica lApparat u s Research Institute Co .,Ltd ,Suzhou 215011,China)Abstract :The reasons of to rque r i pp l e i n brushless DC m oto r w as ana l yzed .T he v al ues o f torque ripple and the e ffects reasons w ere com e out through t he ana l yzing and m ode ling o f t he operation .T hen ,the correspondi ng P WM mode to com pen -sate t he comm utati on torque ri pple in different ve l oc ity secti ons was proposed .In t he end ,the si m ulation results showed tha t the m ethod was practica.lK ey word s :brush l ess DC m otor (BLDC M );torque r i pp l e ;P WM m odulate0引 言无刷直流电动机最大的特点就是它以半导体开关元件代替了由电刷和换向器组成的机械换向结构。
无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制
无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制近年来，随着技术的进步，无刷直流电机（BLDC）经常被应用到多种领域，这种电机具有良好的稳定性、可靠性、节能性和高效率等特点。
无刷直流电机采用驱动器来驱动其旋转，并通过换相来控制其转速。
但是，在实际的换相过程中，由于硬件结构和电路的特性，会引起换相转矩脉动这种不利的现象。
因此，为了提高无刷直流电机的精确性和可靠性，如何有效的抑制换相转矩脉动成了当前应用无刷直流电机的研究人员面临的一个重要问题。
为了解决换相转矩脉动问题，我们首先需要了解换相转矩脉动的本质及其影响因素。
首先，换相转矩脉动是由于驱动器控制电机时产生的脉动现象，其主要原因是电机的动态特性，例如电机的电流响应与输入电压时间延迟、滞后特性，以及电机阻抗等。
此外，控制器的设计也会影响换相转矩脉动的大小，例如电压控制（PWM）、电流控制等。
此外，电机的结构参数，如齿数、磁极和电枢直径等，也会影响换相转矩脉动的大小。
为了降低换相转矩脉动，需要从两个方面出发。
首先，。
控制算法设计。
控制算法是控制电机转矩脉动的核心，根据电机的特性，采用适当的控制算法，可以有效的抑制换相转矩脉动。
例如，在电机控制中采用模糊控制和自适应控制等算法，可以有效的抑制转矩脉动；此外，采用调整电压滤波器参数的方法也可以减小换相转矩脉动。
其次，需要采取设计优化的方法。
设计优化可以改变电机结构参数，提高电机控制系统的精确度，从而有效地减少换相转矩脉动。
例如，可以考虑增加电机齿数，增加舵机驱动器输出电流，减少电机阻抗等。
此外，可以从电机材料和结构参数方面考虑优化结构，以降低电机内部转矩脉动。
此外，为了更好的抑制换相转矩脉动，除了考虑控制算法和设计优化外，还可以考虑采用某种机械补偿方法。
比如，采用小型回路控制器，可以有效抑制换相转矩脉动，其原理是在无刷直流电机换相过程中，采用小型回路控制器对转矩信号进行补偿，从而减小换相转矩脉动的大小。
综上所述，换相转矩脉动是应用无刷直流电机的一个致命性问题，控制算法、设计优化和机械补偿等方法可以有效的抑制换相转矩脉动，从而提高无刷直流电机的精确性和可靠性。
无刷直流电机调速系统中转矩脉动抑制的研究的开题报告
无刷直流电机调速系统中转矩脉动抑制的研究的开题报告一、课题背景和研究意义随着无刷直流电机应用领域不断拓宽和需求不断增加，直流电机调速系统的研究也变得越来越重要。
无刷直流电机调速系统是现代化制造领域中被广泛采用的一种调速方法。
然而，在无刷直流电机调速系统中，会出现转矩脉动的问题，这会导致电机在实际工作中产生不稳定的运动，影响机器的运行效果。
因此，研究无刷直流电机调速系统中转矩脉动抑制的方法具有重要的现实意义。
本文旨在探讨无刷直流电机调速系统中转矩脉动产生的原理和机理，分析现有的转矩脉动抑制技术的优缺点，提出新的转矩脉动抑制方法，并对新方法进行仿真和实验研究。
该研究有助于提高无刷直流电机调速系统的性能，为现代化制造领域的相关应用提供技术支持。
二、研究内容和方法1. 研究无刷直流电机调速系统中转矩脉动的产生原理和机理，分析其对系统性能的影响。
2. 综述现有的无刷直流电机转矩脉动抑制技术，包括零序电流控制方法、电感电容滤波法、反电动势观测控制法等，并分析其优缺点。
3. 针对现有技术存在的问题，提出新的转矩脉动抑制方法，采用MATLAB/Simulink进行仿真分析，并对新方法进行电路构建和算法实现。
4. 基于实际工程应用需要，开发相应的控制器和软件，设计实验系统，评估新方法的有效性和可行性。
5. 进行仿真和实验数据处理与分析，总结新方法的优缺点，并对今后的研究工作提出展望和建议。
三、预期成果本研究预计将探索实现无刷直流电机调速系统中转矩脉动抑制的方法，并开发相应的控制器和软件，通过仿真和实验验证新方法的有效性和可行性，最终完成对新方法的系统评估与总结。
本研究的预期成果包括：1. 揭示无刷直流电机在调速过程中产生转矩脉动的原理和机理。
2. 综述现有的无刷直流电机转矩脉动抑制技术的优缺点。
3. 提出新的无刷直流电机转矩脉动抑制方法，并进行仿真和实验验证。
4. 发布新方法的实验数据和评估结论，对今后的相关研究提供参考和启示。
无刷直流电动机的转矩脉动
理想的方波直流无刷电机中，假定气隙磁密为理想方波 或梯形波，其电枢绕组电动势平顶宽度接近120°，这时， 如果忽略电流上升和下降的过渡过程，认为可以控制电流使 其为方波或顶部宽度接近120°的梯形波，并且电流与电势 同相，此时电磁转矩是平滑而稳定的恒定转矩，不随电机转 子转角的变化而变化。而在实际系统中，无刷直流电动机的 电磁转矩并不是理想的恒定值，而是具有较大的脉动。引起 电磁转矩脉动的原因主要有以下几方面：
(4)反电动势非理想。 因为电机制造工艺或转子永磁体充磁不理想等因素， 可能造成电机反电动势不是理想梯形波，但是控制系统依 然按照反电动势为理想梯形波的情况供给方波电流，从而 引起电磁转矩脉动。此类电磁转矩脉动虽可以通过适当的 控制方法以及寻找最佳的定子电流波形来消除，但最佳电 流波形是建立在对反电动势进行精确测定的基础上，而各 电机反电动势波形又不尽相同，使其通用性受到限制。
图10－17 考虑换相过程的三相方波无刷直流电动机电流波形示意图
为分析换相过程，给出功率开关电路与电机耦合的模型
如图10－18所示，其中的V1~V6为开关器件采用的MOSFET 管。假设电机最初工作在图10－14中所示的0°~60°区间，
即A相正向、B相反向通电，功率开关管V1和V6导通。在 ωt=60°时开始换相，V6关断V2导通，即保持A正向通电不 变，从B相换相到C相。B相电流将沿B→VD3→V1→A→B的 续流路径衰减到0，C相电流将沿Us（+）→V1→A→B→V 2→Us（-）的激励路径逐渐建立。若忽略管压降，则有回路 电势平衡方程：
图10－20 齿槽转矩随转子位置变化的规律
齿槽转矩一般需要通过电机的设计来消除。设计时首 先要选择恰当的槽数和极数配合，例如一种典型设计是采 用两极下三槽的分数槽绕组。其他常用的方法有采用斜槽 或斜极结构，将定子槽或转子磁极斜一个定子齿距，显然， 斜槽或斜极也会影响电枢绕组的反电动势。也有采用定子 大齿表面开浅槽、无槽电枢或无铁心电枢结构等方案。
无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制
无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制今天，无刷直流电机已经成为机器人技术和智能设备的重要组成部分。
无刷直流电机在实际应用中，常常伴随着脉动，甚至会影响其精度和可靠性。
因此，分析无刷直流电机（BLDC）换相转矩脉动，并针对脉动进行抑制，对于BLDC电机的高效运行具有重要意义。
一般来说，BLDC换相转矩脉动的产生是由于模块内的无刷直流电机的基本特性所导致的。
它的发生取决于绕组连接方式、换相控制器设计以及磁铁设计等因素。
BLDC脉动电机可以从三个方面分析，分别是：脉动温度、力矩和角度，它们是研究BLDC换相转矩脉动最基本的分析参数。
要想了解BLDC换相转矩脉动的机理，就必须分析这三项参数的变化，并且针对其中的脉动进行抑制，以便获得良好的驱动性能。
为了抑制BLDC换相转矩脉动，大多数技术方法都是基于延迟时间的控制，即增加模块内的换相控制器的延迟时间，以增加绕组停止状态的时间。
此外，还可以通过调整磁铁内磁通率及磁路磁束密度来抑制脉动。
数字控制器会根据实时获取的信号，调整换相结构，以降低脉动，从而提高无刷直流电机的精度和可靠性。
此外，可以通过计算机模拟对BLDC换相转矩脉动的抑制进行深入研究。
首先，通过模拟软件分析BLDC换相结构和无刷直流电机的特性，然后根据研究结果，选择合适的参数，如换相电路设计、磁铁磁通率、延迟时间等，以有效地抑制脉动。
本文详细阐述了无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制的具体技术方法。
首先，结合基本特性分析了脉动温度、力矩和角度变化，然后，根据分析结果选择有效的抑制手段，如延迟控制、调整磁铁磁通率，最后，通过计算机模拟进行深入研究。
经过系统的研究，可以获得有效的结果，从而提高无刷直流电机的精度和可靠性。
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转速满足U=E时，△T=0
三、齿槽引起的转矩脉动
原因：磁阻转矩脉动 减小方法：
定子斜槽 转子斜极 无槽 分数槽 增大气隙
其他因素
四、电枢反应的影响 五、机械加工的影响
极弧宽度增加：转矩增加，转矩脉动减小 极弧宽度为180°：转矩最大，转矩脉动为零
二、电流换向引起的转矩脉动
定义：相电流换向过程引起 原因：转速
电流换向原理
换向转矩脉动与转速的关系
电流换向引起的转矩脉动
结论：换向转矩脉动决定于绕组反电势，
即转速。与稳态电流无关。
转速很低或堵转时，△T=50% 转速很高时， △T=-50%
一、电磁因素引起的ຫໍສະໝຸດ 矩脉动 定义：定子电流和转子磁场相互作用而产生 原因：气隙磁密的分布、电流波形、绕组形式 分析：一个磁状态 假定：三个条件
气隙磁场与通电绕组的位置关系
转矩波动与气隙磁感应强度波形宽度的关系
转矩系数与气隙磁感应强度波形宽度的关系
电磁因素引起的转矩脉动
结论：对两相导通星形三相六状态的方波电动机