基于级联式拓扑的消除无刷直流电机传导区转矩脉动方法

在无刷直流电机的数学模型基础上,详细分析了传统的H_PWM-L_ON调制方式对BLDCM的非导通相引起续流电流的原因,以及由此续流电流导致非换相期间(传导区)的电磁转矩脉动的现象.通过原理分析及数学推导,提出在三相逆变桥入端加上前级直流变换器,利用单一直流母线电流的反馈闭环来控制电机的新策略.该方法在理论上彻底地消除了BLDCM在传导区内的转矩脉动,并且利用试验证明了此方法的有效性和可行性,说明比较适合用高精度要求下的无刷直流电机控制系统.     

无刷直流电动机转矩脉动抑制

通过对无刷直流电动机(brushless DC motor,BLDCM)典型PWM调制控制方式的分析,对新型的PWM开关模式进行了研究,证实了它能消除非换相区的非导通相绕组的二极管续流,进而大大降低非换相区转矩脉动.在该电机系统的换相区转矩脉动抑制方面,通过对换相区开与关不同相的上升与下降电流的分析,并基于功率变换器直流侧供电电压与电机反电动势的固定关系能消除换相区转矩脉动的机理,提出了在功率变换器主电路的直流侧增加ZETA变换器,当进入换相区时由可控的ZETA变换器向功率变换器供电,供电电压保持4倍于电机反电动势.通过实验证实了系统的非换相区和换相区转矩脉动抑制效果.     

永磁无刷直流电动机非换相区间转矩特性研究

分析了5种PWM调制方式对永磁无刷直流电动机(BLDCM)非导通相电流和非换相期间转矩脉动的影响.理论推导得到:单斩上桥调制关断时,截止相在其反电动势小于零的30°区间产生续流;单斩下桥调制关断时,截止相在其反电动势大于零的30°区间产生续流;双斩调制时,截止相不会续流.非换相期间,电磁转矩脉动主要来源于PWM调制关断时的续流,单斩调制两相续流转矩脉动小于三相续流转矩脉动,单斩调制转矩脉动小于双斩调制转矩脉动.通过仿真实验,验证了理论分析结果的正确性.     

无刷直流电机在脉宽调制下的转矩脉动抑制

分析无刷直流电机(BLDCM)稳态换相转矩脉动与转速的关系,确定换相时间与电枢电流及反电势之间的关系.分析脉宽调制(PWM)方式对三相六状态二二导通BLDCM控制系统的影响,提出了在PWM-ON-PWM(前30°和后30°进行PWM控制,中间60°保持恒通)方式下的转矩脉动补偿控制.该控制不但能够完全消除非换相期间由于关断相出现电流而引起的电磁转矩脉动,还能够完全补偿由于换相而引起的转矩脉动,实现电机在低速和高速时的无转矩脉动控制.     

基于BUCK变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法

分别对无刷直流电机(BLDCM)在传导区和换相区的转矩脉动进行全面的分析,提出在三相逆变桥入端加上前级BUCK变换器,通过单一直流母线电流的反馈闭环控制来抑制转矩脉动的方法.该方法在理论上彻底地消除了BLDCM在传导区内的转矩脉动,而且使得瞬间换向区间电流上升相与电流下降相的电流斜率平衡,从而有效地削弱了换相期间的转矩脉动.试验证明了此方法的有效性和可行性.     

考虑换相时无刷直流电机脉宽调制方法研究

对于转子永磁磁场为梯形波分布的三相BLDCM,首先分析了采用两两通电方式时电机电流及换相转矩波动的变化特点,然后从理论上给出了低速时基于H_pwm-L_on方式的一种改进的换相转矩脉动补偿方法;重点结合高速多极BLDCM的特点,在此基础上提出了改进的电压滞环PWM方法,以此来尽可能保持换相期间关断相与接入相的电流平衡,维持电机电磁功率的恒定,从而减小换相过程对转矩脉动和系统转速跟踪性能的影响.仿真和实验结果表明:采用基于H_pwm-L_on方式的补偿方法,其补偿作用有限,且续流时间难以准确计算,工程实现较为困难;采用这种改进的电压滞环PWM方法,电机电流和电磁功率在换相期间的波动小,在工程实用和有效抑制换相转矩波动方面有较大的优势,比较适合高速多极BLDCM控制系统.     

基于双H桥变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法

针对无刷直流电机(BLDCM)的换相转矩脉动问题,提出了一种基于双H桥变换器的BLDCM转矩脉动抑制方法。通过双H桥变换器电路产生补偿或抵消电流,减小非换相相电流的波动,从而达到抑制BLDCM转矩脉动的目的。在MATLAB/Simulink下构建了BLDCM转矩脉动仿真模型并进行对比仿真,与传统PID控制方法相比,该方法非换相相电流波动在高、低速下分别降低了约70%和40%,平衡后的转矩波动降低了约80%。结果表明:所提方法对于BLDCM在高稳定度和高精度要求领域中的应用具有重要价值。     

非换相期间无刷直流电机转矩脉动分析与抑制

无刷直流电机的转矩脉动是影响其性能的重要因素。该文针对非换相期间的转矩脉动进行了分析,重点研究了PWM_ON调制方式时的转矩脉动。PWM信号为"OFF"时续流引起的转矩脉动占主要部分,非导通相续流在一定程度上可以补偿PWM关断时造成的转矩脉动。同时,提出使用滞环电流控制方法,采用该方法可以抑制非换相期间转矩脉动。通过仿真分析和实验验证了该方法和传统方法的差异,证明了该方法在非换相期间抑制转矩脉动的有效性。     

一种永磁无刷直流电动舵机四象限控制

分析了无刷直流电机(BLDCM)相电流和转矩的关系,得到了控制相电流就可以控制转矩的结论。在此基础上,提出了一种新型的无刷直流电动舵机四象限控制方法,该方法根据不同的转子位置计算反馈电流,并将反馈电流与给定电流滞环比较得到正/反转信号,通过该信号调节相电流以达到控制转矩的目的。本文还分析了BLDCM的换相转矩脉动,得到电机低速运行时,令2α=αt就可以保持非换相电流不变、消除换相转矩脉动的结论;在此基础上,指出了该四象限控制方法通过对相电流的控制能够减小电机低速换相转矩脉动。仿真和实验验证了该四象限方法能够实时、有效地控制相电流,减小电机低速运行时非换相电流的脉动,同时也能够满足系统的动态性能指标。     

基于能量单元法的无刷直流电机导通区转矩脉动

在对无刷直流电机(BLDCM)非导通相二极管续流进行分析的基础上,利用能量单元法对非换相期间(导通区)电磁转矩脉动进行量化分析,推导出了PWM调制方式下导通区转矩脉动计算的公式。结合混合动力电力驱动的电路结构,采用了在三相逆变桥入端加上双向直流变换器的驱动拓扑结构与相应的控制策略,消除了BLDCM在导通区内非导通相的续流现象,从而抑制了导通区内的电磁转矩脉动。实验结果验证了该方法的有效性,提高了BLDCM在混合动力车中的应用精度。     

180°导通方式无刷直流电机换相转矩脉动研究

无刷直流电机(BLDCM)换相转矩脉动一直是业界关注的问题,但仅限于120°导通模式。文章研究了180°导通模式无刷直流电机在换相期间的转矩脉动变化,并与120°导通方式转矩脉动进行了比较。理论分析和仿真结果表明:电机在低速区域,120°导通模式比180°导通模式转矩脉动变化小,而在高速区域,180°导通模式比120°导通模式转矩脉动变化小。研究结果为无刷直流电机换相转矩脉动抑制提供了一种新的控制策略。     

无刷直流电机换相力矩波动抑制

针对无刷直流电机换相时产生力矩波动的问题,在分析了各种电流采样方式和目前广泛应用PWM控制器的转矩脉动抑制方案基础上,提出了一种新型的电流采样拓扑结构,采用单电流传感器实现了力矩电流的检测,以此建立了通过力矩电流闭环来调节直流母线电压的无刷直流电机控制系统模型,并分别给出了电机在低转速及高转速下的数学仿真分析和实验论证。仿真和实验结果表明:力矩电流采样拓扑结构实现了对产生力矩的电流的准确采集;通过在电机高速和低速运行时动态改变母线电压,保持了关断相电流和开通相电流变化速率的平衡,消除了换相所引起的力矩波动。     

基于Buck变换器的无刷直流电机转矩控制仿真

无刷直流电动机（BLDCM）存在转矩脉动的突出缺点，提出了一种基于直流环节电压控制和模糊PID控制器的新型混合控制策略，以抑制无刷直流电机的转矩脉。电路拓扑包含功率因数校正降压转换器和逆变器。降压转换器通过控制直流电路电压来降低换向转矩脉动，使用模糊PID控制器和脉冲宽度调制（PWM）技术的逆变器在导通区域提供适当的电流。 Buck变换器降低了通过控制直流环节电压换向转矩脉动，逆变器使用模糊PID和PWM技术提供导通区域的电流。该方法能够消除传导区转矩脉动,削弱换相区转矩脉动，仿真结果表明，该策略具有功率因数校正功能，可有效抑制转矩脉动，提升电机运行的鲁棒性。     

无刷直流电机换向转矩脉动分析与抑制

针对无刷直流电机的单斩PWM的4种调制方式,建立了换向过程中电机相电流及电磁转矩的数学模型,研究了换向转矩脉动与PWM调制方式的关系。基于Matlab的仿真模型,分析并比较各种调制方式对换向转矩脉动的不同影响,提出了在换相时加补偿电流可有效抑制换向转矩脉动的实现方法,指出pwm_on单斩调制方式下电机具有较小的换向转矩脉动,电流补偿可使转矩脉动的幅值减小57．1％。     

变角度导通法补偿换相转矩脉动

针对微型无人机电动力系统对低噪声、高平稳性的要求,对无刷直流电动机换相过程建立数学模型,分析了转矩脉动,提出一种变角度导通的实现方法,即根据电机转速选择合适的导通角度,以补偿无刷直流电动机由于换相引起的转矩脉动.仿真结果表明,转矩脉动量与导通角度的大小不成正比,成凹形关系.相比120.导通方式,采用变角度导通法使脉动幅值减小了35％.结果证明变角度导通法可以有效抑制无刷直流电动机换相转矩脉动,减小噪声,提高微型无人机的平稳性.     

单斩调制方式对无刷直流电动机换向转矩脉动的影响

针对无刷直流电动机的四种单斩PWM调制方式，建立换向过程中电机相电流及电磁转矩的数学模型，研究换向转矩脉动与PWM调制方式的关系。依据无刷直流电动机换向过程的理论分析结果建立仿真模型，比较四种单斩PWM调制方式对换向转矩脉动的不同影响，提出了在换相时加补偿电流可有效抑制换向转矩脉动的实现方法。仿真结果表明采用pwm_on调制方式同时进行PWM脉宽补偿可显著减小换向转矩脉动。     

无刷直流电动机控制方法的研究

对传统无刷直流电动机的控制方法进行了总结和分析,并在此基础上提出了一种新的最大转矩控制方法,这种方法可以为无刷直流电动机提高效率提供一定的参考.     

A novel PWM scheme to eliminate the diode freewheeling In the Inactive phase in BLDC motor

The brushless DC motor (BLDCM) with trapezoidal electromotive force (back-EMF) waveform is used widely. In principle, when the motor runs in the 120° conduction mode, two of the three phases are active while the other phase is inactive at all times. However, a ripple current occurs in the inactive phase due to the diode freewheeling during the non-commutation period in the traditional pulse width modulation (PWM) methods, which aggravates the torque ripples. A new PWM method is proposed in this paper to eliminate the diode freewheeling during the non-commutation period in the inactive phase. As a result, the torque ripple is suppressed using the proposed method. The simulation and experimental results are demonstrated to verify the validity of the proposed PWM method. __________ Translated from Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering, 2005, 25(7): 104–108 (in Chinese)