定子永磁型无刷电机的控制策略

基本控制策略

根据电枢电流波形的不同, 可以将定子永磁型无刷电机的控制方式分为BLDC和BLAC两种, 分别适用于电枢绕组每相空载感应电势为梯形波和正弦波的情况。

对于BLDC方式, 有电流斩波控制和角位置控制两种基本模式, 分别适用于电机运行于基速以下的恒转矩区和基速以上的恒功率区。对于BLAC方式, 可以采用磁场定向控制, 如矢量控制等。此外, 针对不同应用需求, 还可以采用电流滞环PWM控制、电压空间矢量PWM控制以及弱磁控制等策略。

转矩脉动抑制策略

定子永磁型无刷电机的双凸极结构决定了该电机的转矩脉动可能较大, 因此, 如何有效抑制转矩脉动是该类电机的重要研究问题。抑制转矩脉动主要可从两个方面入手:一是合理设计电机的定转子齿槽配合以及齿形、槽型等;二是采用合理的控制策略。对于一台已有的定子永磁电机而言, 控制策略则是抑制转矩脉动的关键。转矩脉动抑制策略主要有导通角控制法和谐波电流注入法等。优化前后的电磁转矩和电流波形, 可见优化后转矩脉动由81%降为21%, 所提出的优化算法可以有效削弱转矩脉动。针对DSPM电机和FSPM电机的新型谐波电流注入控制法, 以降低转矩脉动。基于对定位力矩的频谱分析, 在q轴电流中注入特定次谐波, 所产生的额外电磁转矩将会抵消定位力矩中的基波和二次谐波分量。该方法得到了仿真和实验的验证, 实测转矩及电流波形, 相对于传统的电压空间矢量控制算法, 谐波电流注入法可以消除50%左右的转矩脉动。

需要指出的是, 通过合理设计电机结构和电磁参数, 配合适当的控制策略, 定子永磁型无刷电机的转矩脉动水平完全可以达到甚至优于传统转子永磁型电机的水平。对FSPM电机与丰田普锐斯的内嵌式转子永磁电机 (Prius-IPM) 进行了定量比较, 结果表明, 二者的转矩输出能力基本相当, 而FSPM电机的转矩脉动要小于Prius-IPM电机。

先进控制策略

近年来, 一些先进控制策略, 如无位置传感器控制方法、定子磁链定向控制方法和**效率跟踪控制方法也被应用于定子永磁型无刷电机。

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