永磁无刷电动机由于电磁因素、齿槽的影响、电流换向、电枢反应等会产生较强的脉动转矩。在设计电机和相应的控制系统时应认真考虑,采取措施,避免转矩脉动过大。
2.1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,这样就会造成电机的扭矩脉动。
2.2齿槽引起的转矩脉动
由于定子铁心槽齿的存在,使得永磁体与对应的电枢表面的气隙磁导不均匀,当转子旋转时,使得在一个磁状态内,磁路磁阻发生变化,从而引起转矩脉动。齿槽引起的转矩脉动是转子磁场相互作用产生的,与定子电流无关。因此抑制由齿槽引起的转矩脉动的主要集中于优化电机设计上,如斜槽法。
2.3电流换向引起的转矩脉动
其中Te为电机电磁转矩,ea,eb,ec为相绕组电动势,ia,ib,ic 为相绕组电流。
由于换相时间很短,可近似认为ebaeca ,在换相区域内不变化,因此扭矩与电流成正比关系,电流的波动直接导致了电机转矩的波动。在低速大负载运行的情况下,电机的转矩脉动尤为明显。
在直流无刷永磁电机的转矩脉动原因中,前两种主要靠优化电机的设计来达到目的,对于第3种转矩脉动,我们可以通过电流补偿法来减小电机在换相过程中的转矩脉动。本文将重点介绍这种方法。