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永磁无刷直流电机电磁转矩脉动抑制技术的研究

韦鲲  
【摘要】:永磁无刷直流电机属于永磁同步电机的一种,其反电动势波形为梯形波形,驱动电流波形为矩形,既具有永磁同步电机的优点,又具有其独特的如成本低,控制方法简单易实现,控制系统开发周期短,运行可靠性高等优点,因而在生产实践中具有广泛的应用。但是因为其还面临着一些诸如无位置传感器技术,转矩脉动技术等还有待于进一步的解决和完善,限制了这种电机性能的进一步提高和发挥,阻碍了它在高精度高要求场合的应用。因此,本文就无刷直流电机的转矩脉动抑制技术展开专门的研究,进而提出解决转矩脉动的有效措施。 首先,本文分析了无刷直流电机中常用的几种PWM调制方法对电磁转矩脉动的影响,从换相转矩和非换相转矩两个方面分别进行讨论。换相转矩方面,本文得到结论,认为属于开通相进行PWM调制的那些调制方法得到的换相转矩脉动要小于属于非换相相进行PWM调制的那些调制方法得到的换相转矩脉动。非换相转矩脉动方面,本文提出了一种能够完全消除非导通相续流电流的PWM调制方法,PWM_ON_PWM调制方法,采用该调制方法,可以消除由于非导通相续流引起的非换相期间的转矩脉动。 其次,本文专门研究了无刷直流电机的换相转矩脉动。通过分析换相转矩脉动产生的机理和换相期间直流母线电流、相电流的波形,得到了造成换相转矩脉动的本质原因,并在此基础之上提出了两种抑制换相转矩脉动的方法:通过消除直流母线负电流减小换相转矩脉动和换相电流预测控制抑制换相转矩脉动的方法,并且对这两种方法进行了实验验证。最后,通过分析和实验证明,将所提出的两种换相转矩脉动抑制措施结合使用可以更好的抑制换相转矩脉动。 本文提出的转矩脉动抑制技术是建立在对无刷直流电机工作特性的理论分析和实验基础之上的,对抑制无刷直流电机的电磁转矩脉动具有较好的效果和良好的适应性,会随着负载电流的大小变化和转速的变化相应的改变补偿的力度,从而保证任何时候非换相电流在换相瞬间不出现突变,无论是在开环控制还是在闭环控制下均能够起到有效的补偿效果。该方法具有实现简单,受电机参数扰动小,能够嵌入到采用任何控制方法的控制系统中去。 为了验证所提出的方法的可行性和有效性,本文设计了实验系统,以TI2407DSP作为控制系统核心,设计了电机驱动系统作为实验平台,完成了研究工作的实验验证工作。论文的最后,以一台高速工业缝纫机无刷直流电机驱动系统为例,探讨了无刷直流电机在工业缝纫机中的应用及其特殊要求,详细讨论了无刷直流电机


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