无刷直流电机转矩脉动抑制研究

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无刷直流电机采用电子换相的方式,结构简单,功率密度大,启动和调速性能良好,因而在很多领域得到了广泛的应用。由于电机本体结构及控制方法等问题,无刷直流电机易产生转矩脉动,使电机产生很大的振动和噪声,对其启动和低速性能产生了较大影响,这限制了无刷直流电机在很多方面的应用和推广。本文首先总结了无刷直流电机的发展和应用,阐述了无刷直流电机转矩脉动的危害和转矩脉动抑制方法的研究状况,并通过对电机的建模和仿真研究,证明了无刷直流电机转矩脉动产生的必然性。其次研究了转矩脉动产生的各方面原因,并对比分析了目前针对每个原因的常用解决方案。齿槽效应、非理想反电动势等引起的转矩脉动都是由于电机本体结构引起的,因而主要从优化电机设计入手进行抑制。而换相转矩脉动则是绕组电感阻碍电流突变造成的,是无刷直流电机采用120°导通方式产生的固有问题,这只能通过优化控制策略来解决。最后,在对各种抑制策略进行对比研究之后,研究将直接转矩控制应用于无刷直流电机,以求对转矩脉动进行良好抑制。直接转矩控制作为一种先进的控制策略,将电机看作一个整体考虑转矩脉动问题,在改善转矩脉动的同时,还可以改善电机的系统性能。文章提出了将直接转矩控制应用到无刷直流电机的具体步骤,对系统进行了建模仿真研究,并设计了软硬件电路,证明了直接转矩控制可以应用于无刷直流电机,还会对电机低速、启动性能和转矩脉动状况起到良好的优化效果。
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