换相转矩脉动

　　由于永磁无刷直流电机相电枢绕组电感的存在，使绕组电流从一相切换到另｜一相时产生换相延时，从而形成电机换相过程中的转矩脉动。换相转矩脉动是无刷直流电机工作于120°导通方式下时特有的问题。对于一台制造精良的无刷电机来说，其齿槽转矩脉动和谐波转矩脉动均较小，而换相转矩脉动却可以达到平均转矩的50％左右。因此，抑制换相转矩脉动成为减小电机整体转矩脉动的关键问题。
 
　　（1）重叠换相法 重叠换相法是一种较早发展起来的换相转矩脉动抑制方法。其工作原理是：换相时，应立即关断的功率开关器件并不是立即关断，而是延长了一个时间间隔，并将不应开通的开关器件提前开通一个角度，这样可以补偿换相期间的电流跌落，进而抑制转矩脉动。传统的重叠换相法中，重叠时间需预先确定，而选取合适的重叠时间比较困难，大了会过补偿，小了又会造成补偿不足。为此，在常规重叠换相法的基础上，引人了定频采样电流调节技术。此技术在重叠期间采用PWM控制抑制换相转矩脉动，使重叠时间由电流调节过程自动调节，从而避免了对重叠区间的大小难以确定的问题。但是，该方法必须保证足够高的电流采样频率和开关频率才有效。此外，该方法虽然对抑制高速下换相转矩脉动有效，但需要离线求解开关状态，实际应用受到限制。
 
　　（2）滞环电流法 该方法应用简单，快速性好，且具有限流能力。在电流环中采用滞环电流调节器，通过比较参考电流和实际电流，在换相时给出适合的触发信号，控制开关器件。实际电流的幅值和滞环宽度的大小决定了滞环电流调节器控制信号的输出。当实际电流小于滞环宽度的下限时，开关器件导通；随着电流的上升，达到滞环宽度的上限时，开关器件关断，使电流下降。可采用电流滞环控制方式控制开通相的电流上升速率来抑制低速下的换相转矩脉动，但这种方法对高速区的转矩脉动没给出解决办法，可采用在换相期间通过滞环控制法直｀接控制非换相相电流来减少换相期间电磁转矩脉动的控制策略。根据换相期间电磁转矩正比于非换相相电流，且非换相相电流参考值为常数，在确定了要控制的非换相相电流和相应的参考电流后，通过滞环比较器控制其相电流，保证换相期间非换相相电流跟踪其参考值，就可以有效减少换相期间电磁转矩的脉动。这种方法适用于高性能的伺服驱动系统，但不适合用于电枢电感较小的永磁无刷直流电机，如空心杯定子永磁无刷直流电机、PCB定子永磁无刷直流电机。
 
　　（3）PWM斩波法 滞环电流法较好地解决了低速时的换相转矩脉动问题，但在高速时效果不理想。为解决这个问题，可使开关器件在断开前、导通后进行一定频率的斩波，控制换相过程中绕组端电压，使各换相电流上升和下降的速率相等，补偿总电流幅值的变化，从而抑制换相转矩脉动。
 
　　（4）电流预测控制 理论上，永磁无刷直流电机在高速区的换相转矩脉动减小，而低速区则增大，研究抑制方法时大都分开考虑。然而在实际应用中，受到电机转速、供电电压等因素的影响，而无法按照理论分析将换相转矩脉动分为高速区和低速区而采取不同的抑制措施。因此，有必要寻求一种能够在全速度范围内有效抑制换相转矩脉动的方法。换相电流预测控制方法算法简单、实现容易、适应性强、效果明显，无论是在开环控制、电流PI控制或智能控制，均能够很好地抑制换相转矩脉动。