基干Buck―Boost无刷直流电机换相转矩脉动抑制研究.doc

基于Buck―Boost的无刷直流电机换相转矩脉动抑制研究 　　摘 要： 针对永磁无刷直流电机存在的传统换相时转矩脉动大的问题，提出基于Buck?Boost 变换器抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法。首先分析换相转矩脉动产生的原因，然后给出了在电机三相逆变器前加Buck?Boost 变换器的拓扑电路图及调整直流母线电压的原理，从而达到换相的关断相与开通相的电流变化速率相同、抑制换相转矩的目的。通过Simulink进行仿真，仿真结果表明，该方法能够有效抑制永磁无刷直流电机换相转矩脉动 关键词： 无刷直流电机； 换相转矩脉动； Buck?Boost； 占空比 中图分类号： TN911?34； TM301 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）20?0167?04 Abstract： To reduce the high commutation torque ripple of the permanent?magnet brushless DC motor （BLDCM）， the method based on Buck?Boost converter to suppress commutation torque ripple of BLDCM is proposed. The cause of producing commutation torque ripple is analyzed. The topology circuit diagram for adding a Buck?Boost converter in front of the motor′s three?phase inverter and the principles for adjusting the DC bus voltage are given， so as to achieve the purposes of same current change rate of opening phase and closing phase， and suppression of the commutation torque. The simulation results show that the method can suppress the commutation torque ripple of the permanent?magnet brushless DC motor effectively. Keywords： brushless DC motor； commutation torque ripple； Buck?Boost； duty cycle 0 引 言 永磁无刷直流电机（BLDCM）由于结构简单、功率密度高、控制方法简单等显著优点，广泛应用于航天航空、军事、工业、民用电器等各个方面。BLDCM的结构决定了内部气隙磁密沿空间呈梯形波分布，定子绕组感应电势波形为梯形，理想换相时相电流为矩形波。由于电机定子齿槽对磁场分布影响，绕组存在电感使电流换相时绕组电流不能突变，导致电机在换相时产生转矩脉动，这也是BLDCM相比于永磁同步电机（PMSM）的一个弱点，因此BLDCM往往被用于对转矩脉动要求不太高的调速系统中。人们一直在研究抑制BLDCM转矩脉动的方法，期望减小换相转矩脉动使其得到更广泛的应用。为此，众多文献都对永磁无刷直流电机换相转矩脉动的抑制进行了大量的研究，文献[1?2]都采用换相电流预测且辅以PWM 调制的方法，控制开通相的电流上升斜率和关断相的电流下降斜率相等，从而减小换相转矩脉动的。文献[3]通过在每两拍之间插入一小段缓冲区，使切入电流提前切入，要切出的电流延迟切出，并通过选取合适的PWM占空比以减小换相转矩脉动。文献[4?6]均基于不同的PWM调制算法，使开通相和关断相的电流变化斜率相等，保证非换相相电流恒定，但以上方法通常都会造成换相时间的延长。文献[7?9]采用了前置BUCK、准Z源网络、双向Buck?Boost变换器电路，通过调节直流母线电压的方式减小转矩脉动。本文针对无刷直流电机的转矩脉动问题，在驱动三相逆变桥的输入端加前级 Buck?Boost 变换器，应用时根据转速变化情况选择直流Buck?Boost 变换器输出或是电压源输出采用PWM调制方式进行调速控制。通过Matlab/Simulink对该方法进行仿真，仿真结果验证了该方法的可行性 1 BLDCM转矩脉动产生原因 [ea]随时间变化公式为[deadt=-6VPωrπ]，因为[ea]的变化无法控制，若想得到[dTedt=0]，则必须有[ia=diadt=0]，[dibdt=dicdt]；但由于实际换相