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淺析直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動

直流電動機(jī)  是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動機(jī)。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機(jī)按勵磁方式分為永磁、他勵和自勵3類，其中自勵又分為并勵、串勵和復(fù)勵3種。

抑制轉(zhuǎn)矩波動一直是永磁無刷直流電機(jī)控制的重要內(nèi)容。按轉(zhuǎn)矩波動產(chǎn)生的原因，可分為：電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩波動、電流換向引起的轉(zhuǎn)矩波動、齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動、電樞反應(yīng)影響和機(jī)械工藝引起的轉(zhuǎn)矩波動等，其中前 3 者對轉(zhuǎn)矩波動影響較大。

針對不同的原因，國內(nèi)外許多學(xué)者作了大量的研究工作。對于齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生和削弱方法，采用定子斜槽的方法可取得較好效果。對于換相轉(zhuǎn)矩波動，文獻(xiàn)[9]從 3 個不同的狀態(tài)作了詳細(xì)的分析，指出換相轉(zhuǎn)矩波動與反電勢和電源電壓以及轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系；針對換相時總電流下降的現(xiàn)狀，采用電流反饋、重疊換相以及人工智能算法等方法維持換相時總電流不變以抑制換相轉(zhuǎn)矩波動。

對電機(jī)的相電壓和相電流進(jìn)行 Fourier 級數(shù)分解，針對轉(zhuǎn)矩諧波進(jìn)行補(bǔ)償。文獻(xiàn)[14]對電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動做了分析，并在設(shè)計磁路和換相控制兩個方面提出了削弱電樞反應(yīng)對轉(zhuǎn)矩波動的影響。文獻(xiàn)[15]提出利用轉(zhuǎn)矩觀測器間接轉(zhuǎn)矩反饋方法，即利用反電勢、相電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入信號，波動轉(zhuǎn)矩作為輸出信號構(gòu)成波動轉(zhuǎn)矩觀測器，實時在線估計轉(zhuǎn)矩大小的變化，針對不同的情況作相應(yīng)的補(bǔ)償。文獻(xiàn)[16]將直接轉(zhuǎn)矩控制的概念引入無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，其對轉(zhuǎn)矩波動的抑制取得了較好效果。
總之，引起無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動的因素很復(fù)雜，針對不同的情況可采用相應(yīng)的控制方法，各種方法都有自己的優(yōu)缺點和適應(yīng)的場合，在不同環(huán)境下針對不同的要求，可以采用不同的方法。

當(dāng)直流電源通過電刷向電樞繞組供電時，電樞表面的N極下導(dǎo)體可以流過相同方向的電流，根據(jù)左手定則導(dǎo)體將受到逆時針方向的力矩作用；電樞表面S極下部分導(dǎo)體也流過相同方向的電流，同樣根據(jù)左手定則導(dǎo)體也將受到逆時針方向的力矩作用。這樣，整個電樞繞組即轉(zhuǎn)子將按逆時針旋轉(zhuǎn)，輸入的直流電能就轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械能。由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子：基座，主磁極，換向極，電刷裝置等；轉(zhuǎn)子（電樞）：電樞鐵心，電樞繞組，換向器，轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等。