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双Y永磁无刷直流电动机及其控制系统 0引言 永磁无刷直流电动机发展至今，以下几个问题仍然是研究过程中的重点和难点： 电机本体优化问题：转子永磁磁钢材料尺寸及磁钢的排列方式的选择应该合理，在满足各项性能指标的前提下，使电机的成本尽量低；漏磁场分布问题： 漏磁场情况比较复杂，对电机性能有一定影响；转矩脉动问题，包括：齿槽效应引起的转矩脉动、非理想波形引起的转矩脉动、换相引起的转矩脉动。国内外对以上几个问题进行了深入研究，并取得了不小成就，研制成了一些性能相对较高的永磁无刷直流电动机，但没能彻底解决永磁无刷直流电动机中存在的这些问题。 本课题研究的双Y永磁无刷直流电动机是其在原有普通永磁无刷直流电动机的结构基础上增加一套驱动及Y形接法三相绕组，并且这个两套定子绕组空间上相差30o电角度，共用一个转子，并用六个霍尔位置传感器检测转子位置。驱动器由两个桥式逆变器组成，且两个桥式逆变器分别采用每相导通120o的两两导通的方波驱动，系统可按多重多相方法工作，进一步减小转矩脉动，同时具有进行较大范围的弱磁调速控制的能力，所以具有转矩脉动小和具有任意角度的磁场位置控制能力等优点。其结构模型图1所示。 图1 永磁无刷直流电动机结构模型图 1 研究内容 本课题从以下5个问题进行了深入研究 1.1、双Y永磁无刷直流的结构及控制逻辑的研究。 双Y无刷直流电动机与一般永磁无刷直流电动机一样，其气隙磁场、反电势以及电流是非正弦的，因此采用直、交轴坐标变换已不是有效的分析方法。个功率开关器件处于导通状态，一个周期共有个换相状态电角度。图2和表1分别给出了双Y永磁无刷直流电动机各相电流波形图以及其对应的开关管导通顺序表。由于两套绕组互差电角度启动运行的。因此，其开关管导通也应套推迟电角度。例如，在电角度之间，套由导通，当转子在之间使套导通。依次方式下去，两套绕组就一直相差电角度运行，保证了系统的正常运行。 图2 双Y永磁无刷直流电动机各相电流波形示意图 表1-1两相导通三相六状态时，两套绕组和开关管导通顺序表 电机正反转运行控制。永磁体转子是通过永磁磁场与定子磁场的相互作用，推动转子按一定方向旋转。旋转方向由两者的合成磁场方向决定，也就是定子磁场的方向决定了转子旋转的方法。根据前面双Y永磁无刷直流电动机工作原理的分析可知，只要改变开关管的导通顺序，就可以改变定子磁场的方向，从而使转子反方向旋转。比如，设为双Y永磁无刷直流电动机的两套定子绕组，电动机正转时的导通顺序为：，；则反转时导通顺序为：，。只要根据相绕组的通电规律，控制开关管的导通顺序就可以实现电机转子的正反转运动。 研究双Y永磁无刷直流电动机的另一个主要目的就是实现无刷电机的弱磁调速。电机调速分为基速以下调速和基速以上调速两种。基速以下采用恒转矩调速；基速以上采用恒功率调速，通过减小电枢绕组与永磁转子交链匝数来实现弱磁。普通的永磁无刷直流电动机和永磁同步电动机一样，都无法调节转子磁通，只能通过电枢反应的去磁作用来实现弱磁调速。永磁同步电动机是通过改变电枢电流的轴分量来达到弱磁目的的；而一般的永磁无刷直流电动机是通过增加电流超前角，减小电枢绕组与永磁转子交链匝数来实现弱磁，而且超前角一般不大于，否则会出现时而助磁的情况，削弱去磁效果。所以，相对于永磁同步电动机，永磁无刷直流电动机的弱磁效果比较差，调速范围小，而且弱磁调速时还会产生较大的转矩脉动。 双Y永磁无刷直流电动机，其空间相差电角度的两个相互独立的Y形接法三相绕组，能产生电角度跳跃的定子磁动势，相对于其中一套绕组的每个磁动势（间隔电角度），在另一套绕组中总能产生一个与之正交且能时时去磁的磁动势。所以，双Y永磁无刷直流电动机在基速以上弱磁调速时，可采用一套绕组驱动，另一套绕组弱磁的控制方法。 1．2、双Y永磁无刷直流伺服系统在数学模型的研究。 在双Y无刷直流电动机双电度角，因此在通电情况下存在耦合，所以不能用两套绕组简单的并联来建立其数学模型。特别是在位置控制时，两桥电流的大小不同，其数学模型需重新建立。本课题通过比较相变量模型和直流电机模型来确定双Y无刷直流电动机 其中： ； ； ； 电阻矩阵为： ； 电感系数矩阵仍为单Y永磁无刷直流电动机的形式，但增加了电枢两套绕组之间的互感。电感系数矩阵可以写为 式中： 其中：，，。 因为电动机绕组采用Y形联结，则有；