新型式转换器供电的零刷流体电机变相革矩脉冲的解析

换相时等效电路式中，

Vdc 为直流电源电压；L 为电机绕组电感；ia，ib 为相电流；

ea，eb 为 A，B 相反电势；M 为相绕组互感。理想情况下反电势为 120°电角度的梯形波。由
于反电势变化比电流变化缓慢，换相时认为反电势为一恒值，即

ea=eb=ep，ep 为梯形波反

电势幅值，且认为换相电流线性变化。因此，由式（

1，2）得 diadt=Vdc-ep-E/2L+M-E/2L-

M （ 3 ） dibdt=Vdc-ep-E/2L+M+E/2L-M （ 4 ） 设 i 为 直 流 母 线 电 流 ， i=ia+ib ， 故
ia=i+diadtt（5）ib=dibdtt（6）按两相电流变化率的不同分三种情况分析：（1）ep=Vdc-E/2
时，

diadt=dibdt，即 ia 降到 0 时 ib 上升到稳态值，如（ a）所示。由式（ 3～6）得：

Te（t）=1（eaia+ebib）=1epi；e%=0.
　　（

a）电流变化率相同（b）ia 下降率>ib 上升率（c）ib 上升率>ia 下降率换相时两相电

流的变化情况（

2）ep>Vdc-E/2 时，diadt>dibdt，即 ia 降到 0 时 ib 还未上升到稳态值，如

（

b）所示。设 ia 降到 0 的时间为 t1，ib 上升到稳态值的时间为 t2，则 t1=-idiadt=iE/2L-M-

Vdc-ep-E/2L+M（7）t2=idibdt=iE/2L-M+Vdc-ep-E/2L+M（8）由于 t1 时刻转矩脉动最大，
故 考 虑 最 大 转 矩 脉 动 情 况 ， 有

Te （ t1 ） =1 （ eaia+ebib ） =epdibdtt1=epi1+2Vdc-ep-

E/2L+ME/2L-M-Vdc-ep-E/2L+M （ 9 ） Te%=Te-Te （ t1 ） Te×100%=2 （ L-M ） （ Vdc-ep-
E/2）LE-（L-M）（Vdc-ep）（10）（3）0≤epVdc-E/2Ce 时，转速增大，ia 下降速度变快，
ib 上升速度变慢，换相转矩脉动增大。速度较低时，随着 E 的增大，ia 下降速度加快，ib 上
升速度减慢，有利于换相转矩脉动减小；速度较高时，

E 增大使得 ia 下降速度更快，ib 上

升速度更慢，换相转矩脉动增大。另外，

E 增大，转矩脉动为零时所对应的转速也随之降低。

　　仿真计算与实验结果现以参数：反电势常数

Ce=0.05V/rmin-1，相电流幅值 Is=10A，

开 关 频 率

f= 不 同 E 时 电 机 换 相 转 矩 脉 动 随 转 速 变 化 的 关 系 曲 线 （ 1――E=280V ；

2――E=300V

；

3――E=350V

；

4――E=400V）20kHz，Vdc=200V，L=0.58mH，M=0.29mH 的电机为例，对换相转矩脉动
进行仿真计算。为不同

E 时换相转矩脉动随转速的变化关系。可以看出，当转速为 1000r/min

时，由于

ia 下降率和 ib 上升率相同，换相转矩脉动为零。随着转速增加和下降，两相电流

变化率不相同，将产生换相转矩脉动。并且转速偏离

1000r/min 越大，两相电流变化率相差

越大，换相转矩脉动也随之增大。电机在较低转速运行时，

ia 下降率比 ib 上升率小，存在

换相转矩脉动。随着

E 的增大，A 相绕组两端反压增大，电流下降加快，两相电流变化率趋

于一致，换相转矩脉动减小。而在较高转速运行时，

ia 下降率大于 ib 上升率，且随着 E 的

增大，两相电流变化率之差增大，换相转矩脉动也随之增大。