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如何避免直流电机的扭矩波动

如何避免直流电机的扭矩波动

【摘要】:
扭矩波动-发生在轴转动期间扭矩产生的变量-是一个发生在永磁电机上的一个不受欢迎的影响,这阻止了电机平滑的运动。

  扭矩波动-发生在轴转动期间扭矩产生的变量-是一个发生在永磁电机上的一个不受欢迎的影响,这阻止了电机平滑的运动。

 

  扭矩波动通常是被定义为一个通电电机的非线性扭矩。齿槽扭矩-一个类似于扭矩波动的现象-是一种在未通电电机上的转子永磁体与定子的槽之间发生的引力从而产生的扭矩。

 

  无刷直流电机的基本组成是一个带有永磁体的转子与一个带有绕组的定子。转矩是在定子磁场之间的排斥力所产生的。在永磁直流电机与同类产品(永磁交流电机)之间的一个重要区别是永磁直流电机的绕组是梯形缠绕的,这从而会产生梯形反电动势波纹。因为发电动势是梯形的,无刷直流电机通常使用梯形换相,而永磁交流电机是正弦缠绕并且使用正弦换相。

 

  在梯形换相中,转子被三个霍尔传感器所监控,在每60度下提供定位信息(而不是连续的,就像正弦变换)。在电机的每一个电周期下,将产生6个扭矩波动,或者在电机轴全机械旋转下有12个扭矩波动。

 

 

  扭矩波纹的频率与电机轴速度是呈正比的。在电机的高速度下,电机的惯性与负载可以消除扭矩波动的影响。并且,在低速下,通过利用电机控制器的反馈与参数,高速的扭矩波动能够被滤除。但是,如果扭矩波纹的频率接近控制器速度环路的带宽,它将对于电机的速度有害的变化。

 

  减少无刷直流电机扭矩波动的主要方式,考虑电机设计的时候,是增加定子上的绕组数量,或者增加转子上的极数。扭矩波动也可以通过各式的控制方法来得到控制,使用无刷交流电机的方式,并且使用正弦(而不是梯形)换相。

 

  虽然,从理论上而言,无刷直流电机的反电动势是梯形的,事实上,本质上它更加的正弦。伴随有正弦反电动势以及精确转子位置的解析器与编码器的增加,对于无刷直流电机而言,使用正弦换相,这是非常容易的。并且因为正弦换相是连续的,扭矩波动被极大地减少了。

 

  另一个换相方法,被称为磁场定向控制(FOC),能够使用在无刷直流电机上面。FOC提供更高的效率并且超越了内在于正弦换相的速度限制。虽然它更加的负载并且需要花费更多去实施。

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