解决无刷直流电机转矩波动的一种方法

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:8

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摘　要：针对无刷直流电机转矩波动，从电机本身的设计着手，提出采用Y－Δ混合连接绕组代替星形绕组，通过分析发现，可以减少转矩波动。
关键词：无刷直流电机；Y－Δ混合连接绕组；转矩波动

1　引言

永磁无刷直流电机是随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机，它的最大特点是以电子换向线路代替了由换向器和电刷组成的机械式换向结构。从而使无刷直流电机既具有交流电机的简单、运行可靠、维护方便等优点，又具有直流电机运行效率高、调速性能好的优点，因而在各方面获得广泛的应用。

由于永磁无刷直流电机的定子绕组在位置传感器的控制下，一相一相地依次供电，实现了各相绕组电流的换相，在换相过程中，定子各相绕组中电流在工作气隙内所形成的旋转磁场是跳跃式的，由此产生的电机转矩波动较大，这样会引起一定的振动噪声，影响了它的应用领域，特别是家电行业。当然可以通过改变电子换相控制线路的方式来改善电机转矩的波动。

本文介绍以Y－Δ混合连接绕组［1］，将一系列谐波大大削弱，减少运行中的振动噪声，以改善电机转矩波动。

2　三相全控方式下Y接法绕组产生的电机转矩

转子上的永久磁钢是产生电机气隙中的磁场，该磁场与定子绕组产生的磁场相互作用，产生电机转矩，不同的供电方式，所产生的电机转矩是不同的。三相全控通电控制线路如图1所示，在位置传感器的作用下依次切换绕组中的电流，在两两导通方式下，每一绕组通电时间为120°电角度，每隔60°电角度换相1次，为了分析方便，在分析时假定：

（1）电动机的气隙磁场感应强度沿气隙正弦分布。
（2）绕组通电时，该电流所产生的磁通对气隙磁通的影响忽略不计。
（3）由于电机转矩的力臂都是相同的，所以把电磁力的方向看作电机转矩的方向。
（4）各相绕组对称，其对应的电路单元完全一致。

由于假设转子磁钢所产生的磁感应强度在电机气隙中是按正弦规律分布的，即B＝Bmsinθ，这样，如果在定子某一相（例如A相）绕组中通一直流电流，则所产生的转矩［2］为：

式中　N——每相绕组串联的匝数
Kdp——基波绕组系数
L——导体的有效长度，即磁钢长度
D——电动机的电枢直径
I——绕组相电流

某一相通以不变的直流后，它和转子磁场作用所产生的转矩也将随着转子位置的不同而按正弦规律变化，在三相全控电路的工作下，实际上每相绕组通过的不是持续不变的直流电流，只是通过1／3周期的矩形波电流，那么该电流和转子磁场作用所产生的转矩也是1／3周期的正弦转矩曲线，且这一段曲线与绕组开始通电时的转子相对位置有关，在绕组通电120°的时间里，载流导体正好处在比较强的气隙磁场中，它所产生的转矩脉冲小，平均值较大，在三相Y连接全控电路两两导通方式下，每一瞬间有两个功率管导通，每隔1／6周期（60°电角度）换相1次，每次换相一个功率管，每一功率管导通120°电角度，各功率管的导通顺序是V1V2，V2V3，V3V4，V4V5，V5V6，V6V1，当功率管V1和V2导通时，电流从V1流入A相绕组，再从C相绕组流出，经V2管回到电源，则它们合成转矩如图2所示，其大小为