雙繞組無刷直流電機的換相轉矩脈動抑制策略

金浩 殷英 張旭

摘要：雙繞組無刷直流電機熱備份模式下會因某套繞組電流換相產生轉矩波動，導致輸出力矩不恒定，因此需要對換相轉矩脈動進行抑制。本文結合并聯結構雙繞組無刷直流電機的特點，提出一種基于電流轉移的換相轉矩脈動抑制方法。在兩套繞組都處于非換相階段時利用電流預測方法將即將進入換相狀態的一套繞組電流轉移進入另外一套繞組，從而避開換相過程。仿真結果表明該方法在全速范圍內對雙繞組無刷直流電機能夠有效抑制換相轉矩脈動。

關鍵詞：雙繞組；換相轉矩脈動；電流轉移

無刷直流電機因體積小、效率高、控制簡單等優點，在此基礎上，在不過分增加電機體積以及控制復雜度，雙繞組無刷直流電機設計被提出并得到廣泛應用，也得到了很多的研究[1]。

對于雙繞組無刷直流電機來說，換相轉矩脈動可以達到平均轉矩的50%左右，抑制換相轉矩脈動成為減小電機整體轉矩脈動的關鍵問題[2]。重疊換相法、直接轉矩控制方法、神經網絡方法等方法被用來抑制換相轉矩脈動。除直接轉矩控制作用于整個電機運行階段之外，上述方法均是在電機換相階段或者換相階段附近內對電機繞組電流進行控制，進而抑制電機轉矩脈動，由于換相時間限制，轉矩脈動的抑制效果有限。

本文結合并聯結構雙繞組無刷直流電機的特點，借鑒文獻[3]的電流預測方法，在兩個電機在都處于非換相期間時進行電流的轉移，使即將進入換相階段的繞組電流變為零，從而抑制換相轉矩脈動，通過仿真驗證了該方法的有效性。

1 雙繞組無刷直流電機換相轉矩脈動分析

圖2為換相前AB相導通的無刷直流電機三相繞組等效模型及驅動模型，圖中狀態為AC相導通。假設電機三相繞組完全對稱。R為相繞組的電阻，L為相繞組等效電感，U0為電機中性點電壓，U1為直流母線電壓，EA、EB、EC分別為對應A、B、C相的反電動勢，iA、iB、iC分別表示A、B、C相的電流，三相電流正方向如圖。

由式（5）可以看出，電機在換相前如果繞組電流i降為零，則相應轉矩脈動也為零?；诖?，本文提出一種并聯結構雙繞組無刷直流電機的換相轉矩脈動抑制策略，通過兩套繞組間電流的轉移抑制換相轉矩脈動。

3 基于雙繞組無刷直流電機的換相轉矩脈動抑制策略

抑制換相轉矩脈動主要依靠兩個電機特征電流和在轉移的過程中保持不變實現，本文采用文獻[16]提出的單繞組無刷直流電機電流預測方法對兩套繞組的特征電流的轉移過程進行控制。

通過采樣當前電流值，計算得到使下一個時刻電流達到期望值的電壓。

在AB相導通時。

為了提高電機轉矩的控制精度，電機特征電流的轉移時間對應的采樣周期數n應盡可能大，p為極對數。

4 仿真驗證

在simulink模型中利用本文提出的轉矩脈動抑制方法和速度環、電流環均采用PID控制的方法進行效果對比。

設電機目標轉速5000r/min，仿真頻率為10kHz，α=15°。

從圖4可以看出，低速情況下，傳統方法電機換相轉矩脈動為24.6%；新方法換相轉矩脈動為0.6%。

本文基于并聯結構雙繞組無刷直流電機，設計電流轉移算法，避開了換相過程，降低了電機換相轉矩脈動。

參考文獻：

[1] 孫權. 遠洋漁船雙繞組永磁電機推進系統研究[J]. 大連交通大學學報， 2014， 35（6）：110-112.

[2] 安群濤， 孫立志， 劉超， 等. 無刷直流電機的磁鏈自 控直接轉矩控制[J]. 中國電機工程學報， 2010 （12）： 86-92.

[3] 林平， 韋鯤， 張仲超. 新型無刷直流電機換相轉矩脈動的抑制控制方法[J]. 中國電機工程學報， 2006， 26（3）： 153-158. 航空學報