bldc转矩特性

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1、-BLDC转矩特性1、永磁无刷电动机的应用永磁无刷电动机由于体积小、性能好、结构简单、可靠性高、转矩特性好、具有调节控制方便、调速范围广、动态响应等特点而得到了越来越广泛的应用，尤其在智能机器人、航空航天、紧密电子仪器与设备等对电机性能、控制精度要求比较高的场合和领域，对于这类场合，转矩脉动控制是衡量永磁无刷电动机性能好坏的一项重要指标，因此，抑制转矩脉动成为提高永磁无刷电动机伺服系统性能的关键，因此研究永磁无刷电动机转矩特性抑制或消除转矩脉动具有十分重要的意义。2、永磁无刷电动机的转矩特性永磁无刷电机传动系统一般由逆变

2、器、永磁同步电动机、控制系统和位置传感器四部分组成。逆变器的通电方式往往采用三相六拍导通方式，每一瞬间有二相同时通电，有一相不通电，每一相绕组均有导通后120°，断电60°，然后再导通120°，断开60°。在这种通电方式下，定子绕组将产生一个步进式的旋转磁场，从而造成电机的转矩除平均值外还存在脉动转矩。永磁无刷电动机，在电机转子转动时，由于定子槽的开口引起的气隙磁导变化影响，因此电机还存在由于定子齿、槽变化而引起的脉动转矩。.---对于一般永磁无刷电动机，通常计算转矩的方法是将三相系统转换到二相d-q坐标系统，将定子电流

3、分解为id、iq，可得转矩公式如下：式中，Φf：永磁体产生磁链id、iq：定、转子电流的d、q轴分量Ld、Lq：d、q轴电感转矩由二部分组成，第一项为主转矩，由定子q轴电流与永磁体磁链作用产生；第二项为磁阻转矩。由于d、q轴磁阻不同产生。但是，上述公式是计算了基波磁动势作用下电机产生的平均转矩，不能计算电机的脉动转矩。为此，可采用由电机磁场储能对转子位移的偏导数求得电机转矩，其表示式为：式中：p为电机极对数Wm为电机的磁场储能Q为电机的转子的位移角.---从上式公式出发可以推导出双边励磁（包括永磁体电动机）的转矩公式：式

4、中：i10为定子电流L11为定子绕组自感Φ12为永磁体在定自绕组中产生的磁链Wm2为永磁体产生的电机内磁场能量第一项：定子电流产生的磁阻转矩，对表面永磁电机，转子转动时L11不变，转矩为0，对内埋式永磁电机L11会变，可产生磁阻转矩。第二项：定子电流与永磁体产生磁链相互作用，产生电机的主转矩。第三项：永磁体产生的磁阻转矩，转子转动时，齿槽对Wm2变化将会产生脉动转矩。3、永磁无刷电动机的转矩脉动分析永磁无刷电动机由于谐波磁动势、齿槽的影响、电流换向、电枢反应、制造工艺等会产生较强的脉动转矩。在设计电机时需要认真考虑，采取

5、措施，避免转矩脉动过大，影响电机运行性能。在转矩脉动产生的原因中，前三者所占比重较大，对电机性能影响较大，因此，我们主要讨论前三种脉动产主的原因和抑制方法。3.1电磁因素引起的转矩脉动.---电磁转矩脉动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、反电动势波形、气隙磁通密度的分布有直接关系。理想情况下，定子电流为方波，反电动势波形为梯形波，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，可能使反电动势波形不是梯形波，或波顶宽度不为120°电角度；或者由于转子位置检测和

6、控制系统精度不够而造成电动势与电流不能保持严格同步；或者电流波形偏离方波等，这些因素都会导致电磁转矩脉动产生。抑制电磁因素引起的转矩脉动的方法有：电机优化设计法、最佳开通角法、谐波消去法、转矩反馈法等。优化设计法：在永磁无刷直流电动机，磁极形状、极弧宽度、极弧边缘形状不同时，对输出电磁转矩有很大影响。当气隙磁通密度呈方波分布时，即反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，电机出力最大，而转矩脉动为零。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

7、磁极形状，或增加极弧宽度来有效消除电磁转矩脉动。.---最佳开通角法：通过优化电机设计可以消除转矩脉动，但也有不足之处，如由于电机绕组的电感限制，即使电机采用恒流源供电，在换流过程中电感电流不能突变，灌入定子绕组的电流波形不可能是矩形波；另外，对于实际电机，气隙磁场很难保持理想的方波分布，绕组反电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消除脉动。如采用最佳开通角的方法抑制电磁转矩脉动，通过控制最优开通角而达到削弱转矩脉动的目的。谐波消去法：由于无刷直流电机定子

8、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转矩，造成了转矩的脉动。根据电磁转矩脉动是由相电流和反电动势相互作用的原理，可以考虑通过控制电流的谐波成分来消除由此产生的转矩波动。不同次谐波电流和谐波反电势的结合，会产生具有相同角频率的谐波转矩分量，其中以角频率为6ω的谐波转矩分量所占比重最大，也是希望抑