无刷直流电动机的转矩脉动

无刷直流电动机的转矩脉动

    无刷直流电动机输出转矩大，动态响应迅速，调速控制方便．可靠性高，因此它的应用越来越广泛。但是，

无刷直流电动机固有的转矩脉动问题却一直限制着其在高精度系统中的应用。对于高精度系统．转矩脉动是

衡量无刷直流电动机性能的一项重要指标。因此，分析转矩脉动形成的原因．研究消除或抑制转矩脉动的方

法具有十分重要的意义。

    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。由于无刷直流电机定子电流和转子磁场的非正弦，使得其相互作用产生的电磁转矩含有谐

波分量，造成了转矩的脉动。电磁转矩脉动是由相电流和感应电动势相互作用而形成的。可以考虑通过控制电