缝纫机控制器用无刷直流电机转矩脉动的研究 

    摘要：对永磁无刷直流电机的转矩脉动的产生机理进行了分析，并根据缝纫机控制器
的特点，研究了缝纫机停机过程的换相转矩脉动情况。提出了利用重叠换相和定子电流定

 

频采样相结合的办法，来抑制转矩脉动，并给出了实验结果。

    

 

引言

    工业缝纫机作为一种机电一体化没备，动力驱动系统是其技术的核心之一，采用无刷
直流电机的缝纫机控制器与以前的产品相比，在性能上具有很大优势。本文将针对无刷直

 

流电机转矩脉动带来的一些问题进行分析。

    永磁无刷直流电机由丁其无换向火花，运行可靠，维护方便，结构简单，无励磁损耗

 

等众多优点，在很多场合得到越来越广泛的应用。

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、无刷直流电机的转矩特性

    无刷直流电机的等效电路如图 l 所示。转矩特性是电动机性能的重要指标，其中最重要
的是平均转矩和转矩的平稳性。无刷直流电机的平均转矩比一般的电机高，但是无刷直流
电机存在转矩脉动问题，这是影响无刷直流电机的应用的一个主要原因。
    引起无刷直流电机的电磁转矩脉动的主要原因有 3 种：齿槽转矩脉动、因非理想反电动
势引起的转矩脉动以及换相转矩脉动。其中前两者的产生跟电机的制造工艺或者转子磁钢

 

充磁不理想有关，可以通过对电机本体的改造加以抑制。

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、换相转矩脉动的理论分析

    设换相期间，电机速度一定，电机反电动势为理想梯形波形（平顶宽度为 120°），并

 

认为换相期间各相绕组上的反电动势幅值不变。

    以电流从 B 相换流到 C 相（上桥臂换相），A

 

相为非换相绕组的换相过程为例分析。

    换相前 S1 和 S6 导通，电流从 A 及 B 两相绕组中通过；换相后是 S1 和 S2 导通，S6 关
断，A 及 C 两相通电，B 相绕组中的电流通过二极管向上续流。以直流电压的中点为参考
点，可以写出换相期间三相电压平衡方程。
    Vsa=（Sa-1/2）Vdc，Vse=（Sc-1/2）Vdc，分别表示 A 和 C 相绕组对参考点 N0 之间的
电压，Sa 和 Sc 为开关量，例如 Sa=1 表示 S1 开通，S4 关断；Sa=O 表示 S1 关断，S3 开

 

通。

    Vsa=（Sa-1/2）Vdc 为 A 相绕组对参考点 N0 之间的电压；Vsc=（Sc-1/2）Vdc 为 C 相绕
组对参考点 N0 的电压，VNN0 为电机的中点对参考点之间的电压。考虑到三相 Y 接法的
电机中有：ia+ib+ic=0。
    与绕组的时间常数 L/R 相比，可以认为 PWM 的周期足够小，忽略三相绕组的电阻的
影响。
    换相期间的转矩包括两部分，前面一部分为稳态分量，后面一部分就是换相引起的脉
动分量由此可知，换相引起的转矩脉动与电机绕组的参数，换相期间三相反电动势的变