【精品】先进制造技术论文0.doc

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1、无刷胃流电动机换相转炬脉动控制摘要：针对应用于轻型电动轮的无刷宜流电动机的低转矩脉动的要求，提出了一种低成木、高可靠、简单易实现的换相转矩脉动控制方法。该方法依照不同电机转速控制换相过程PWM占空比，进而控制关断相电流和开通相电流在换相过程屮的变化率，保持非换相相电流在换相过程屮基本恒定，通过减小无刷直流电动机换相电流脉动來减小或消除换相转矩脉动。理论分析和实验验证了该方法的可行性，并己广泛应用于轻型电动车辆领域。关键词：无刷直流电动机：换相：转矩脉动：轻型电动车辆屮图分类号：TM33文献标识码：A文章编号：1004—7018（2008）05—0025—050引言无刷直流电动机

2、突出特点是电机本体空间小,功率密度高,过载能力强，控制方式简单可靠，在轻型电动车辆屮得到了广泛的应用，但是其固有的转矩脉动缺点，限制了它在高楷度速度、位置控制系统屮的应用⑴。无刷宜流电动机的转矩脉动主要來源于电磁转矩脉动、齿槽转矩脉动和磁阻转矩脉动等几个方面。而齿槽转矩脉动和磁阻转矩脉动从电机木体设计人手，通过气隙磁场、定转子结构、绕组形式等的合理设计，可以得到很好的消除a%换相转炬脉动是造成电磁转矩脉动的主要原因之一，闻换相过程屮开通相和关断相电流变化率的不同使得非换相相电流出现脉动绘导致换相转矩脉动的根本原因消除换相转矩脉动往往从控制策略人手，通过调整加在电机绕组上的电压或

3、电流來弥补电机本体和逆变器与理想特性的偏差，从而抑制换相转矩脉动00。电动自行车、电动摩托车、微型电动轿车等轻空电动车辆轮毂（或轮边带减速器）用无刷血流电动机要求具令低转矩脉动，特别是在车辆起动和低速T况。本文针对车用工况对无刷直流电动机的低转矩脉动要求,提出一种低成本、高可靠、简单易实现的无刷直流电动机换相转矩脉动消除方法，该方法已广泛应用于电动车辆领域。I无刷鬥流电动机电路模熨与数学模型I.1逆变器一无刷直流电动机电路模型三相两电平电压型逆变器供电的逆变器一无刷直流电动机系统如图1所示。图中，U"为直流电源；Cd为中间直流回路支撑（滤波）电容：T1〜T6为功率功率管，D1〜

4、D6为续流二极管。对TI〜T6分别在各自导通时间内根据不同的调制方式进ffPwM控制。图1逆变器-无剧宜流电动机系统示意图当采川方波电流控制无刷亢流电动机时，通常选川1200两两导通的调制方式，这种控制能够在一定转速和电流范围内很好地保持三相定子电流的峰值恒定，从而得到较为稳定的电磁转矩山。1.2逆变器•无刷直流电动机数学模型无刷直流电动机定子电流为理想的方波，反电动势为理想的梯形波，并作如下假设：⑴不引磁路饱和.涡流损耗和磁滞损耗；（2）忽略定子电流的电枢反应；（3）定子绕组采用无中线Y形接法，三相定子绕组的自感、互感均为常数°根据实际运用情况分析，电机定子绕组屮点通常不引出

5、，电机三相相电压通常不容易测到。无刷肖流电动机的端电JK表示为:•R0(TUrn=0R0订-00・2厶-M0o・叫■0L_M0P+-00L-M-LerJ(1)式中:uANxubn・UCN分别为电机三相定子绕组端电压,端电压定义为电机的三相定子绕纽的输入端A、B.c相对于直流母线负端之间的电压差；R为定子绕纽电阻：P为微分算子；L为定子绕组等效自感，M为定子绕组等效互感;i.^in、ic为三相定子电流（相电流等于线电流）;cA>cb.cc为三相定子绕组反电动势；Uon为电机三相绕组屮点对直流母线负端电压差，Huon、农示为:无刷直流电动机的电磁转矩Tm表示为:=——(5匚+“订+

6、ecic)式屮：g为元刷克流电动机电角速度；P为极对数：妬为机械角速度。2无刷苴流电动机换相转矩脉动分析2」换相电流脉动分析对应于图1逆变器••无刷宣流电动机系统电路模型，无刷有流电动机在驱动状态下转了位置信号（HAI1I1状态）、功率管的PwM波形、三相反电动势波形以及三相电流波形之间的对应关系如图2所示。山图2得到电机驱动工况下HALL状态与导通功率管的对应表，如表1所示。HalLFU1LHalleT1T6T1T2HT2T3T4T5T4T5T6T1T6图2HALL状态与P^M、反电势和相电流的对应关系*1駆动状态下HALL状态与导通功率管的对应关系HAU.101100110

7、010011001功率管T6T1T1T2T213T31XT4T5T5T5以T1、T2向T2J3换相为例,换相过程如图3所示。图3上桥啓换相过程换相前，A、C两相绕组导通，对应开关管Tl、T2开通，电流流向如图3a所示：换相后，B、c两相绕组导通，且A相电流通过续流二极管D4续流,电流流向如图3b所示。定义De为换相过程PwM占空比(O