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常见问题:有哪些方法可以避免直流电机的转矩波动?

通过丹尼尔•柯林斯|2017年2月8日

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转矩脉动——轴转动过程中产生的转矩变化——是永磁电机中出现的一种不良效应,会阻碍电机的平稳转动。


转矩脉动一般定义为系统的非线性转矩产生精力充沛马达。齿槽转矩是一种类似转矩脉动的现象,是转子的永磁体与定子槽间的引力所产生的转矩un-energized马达。


霍尔效应传感器

一个无刷直流电动机与三个霍尔效应传感器检测转子的位置。
图片来源:霍尼韦尔国际公司。

的基本组成部分无刷直流电机是转子与永磁体和定子与绕组。转矩是由定子和转子磁场之间的斥力产生的。无刷直流电动机与其对应的永磁交流(PMAC)电机之间的一个重要区别是,无刷直流电动机的绕组是梯形缠绕的,这产生了一个梯形EMF回来波形。由于其反电动势是梯形的,无刷直流电动机通常使用梯形换向,而PMAC电机是正弦缠绕和使用正弦换向。

在梯形换向中,转子由三个霍尔传感器监测,每60度提供转子位置信息(而不是连续的,如正弦换向)。这产生6转矩波纹每电机的电周期,或12转矩波纹每一个完整的机械旋转的电机轴。

转矩脉动

注意在电机的每一个电循环中发生的输出转矩的六个波纹。
图片来源:Microchip Technology Inc.。

转矩脉动的频率与电机的轴速成正比。在电机高速运行时,电机的惯性和负载可以抵消转矩脉动的影响。在电机转速较低的情况下,利用电机控制器中的反馈和参数可以对高频转矩脉动进行滤波。但如果转矩脉动的频率接近带宽在控制器的速度环中,它会导致电机速度的有害变化。


在电机设计方面,减少无刷直流电动机转矩脉动的主要方法是增加定子中的绕组数或增加转子中的极数。转矩波动也可以通过各种控制方法来减少,从PMAC电机的剧本和使用正弦(而不是梯形)换向。

虽然理论上无刷直流电动机的反电动势是梯形的,但实际上它的性质更接近正弦。有了正弦反电动势和添加一个解析器或编码器来精确跟踪转子位置,对无刷直流电动机使用正弦换向是可行的。由于正弦换相是连续的,转矩脉动大大减小。

另一种换向方法,称为磁场定向控制(FOC),也可用于无刷直流电动机。FOC提供了更高的效率,并超越了正弦换向固有的速度限制,尽管它更复杂,实现起来可能更昂贵。

运动控制技巧


了下:运动控制技巧,运动控制•电机控制


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丹尼尔•柯林斯

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