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淺析直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

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

抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生的原因，可分為：電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、電流換向引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、電樞反應(yīng)影響和機(jī)械工藝引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等，其中前 3 者對(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)影響較大。

針對(duì)不同的原因，國內(nèi)外許多學(xué)者作了大量的研究工作。對(duì)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(duì)于換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，文獻(xiàn)[9]從 3 個(gè)不同的狀態(tài)作了詳細(xì)的分析，指出換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與反電勢(shì)和電源電壓以及轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系；針對(duì)換相時(shí)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(shí)總電流不變以抑制換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

對(duì)電機(jī)的相電壓和相電流進(jìn)行 Fourier 級(jí)數(shù)分解，針對(duì)轉(zhuǎn)矩諧波進(jìn)行補(bǔ)償。文獻(xiàn)[14]對(duì)電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)做了分析，并在設(shè)計(jì)磁路和換相控制兩個(gè)方面提出了削弱電樞反應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響。文獻(xiàn)[15]提出利用轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器間接轉(zhuǎn)矩反饋方法，即利用反電勢(shì)、相電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入信號(hào)，波動(dòng)轉(zhuǎn)矩作為輸出信號(hào)構(gòu)成波動(dòng)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器，實(shí)時(shí)在線估計(jì)轉(zhuǎn)矩大小的變化，針對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(dòng)的因素很復(fù)雜，針對(duì)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(diǎn)和適應(yīng)的場(chǎng)合，在不同環(huán)境下針對(duì)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(shí)，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(shí)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(shí)針方向的力矩作用。這樣，整個(gè)電樞繞組即轉(zhuǎn)子將按逆時(shí)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。