无刷直流电机直接转矩控制的新型零矢量研究

Fig.2 The voltage space vector
图2
电压空间矢量
1.2
传统零矢量作用分析 在大多数文献中［8-10］， 采用将所有开关管全
对地电压。 其电磁转矩常用反电势与电流来表示， 转矩 方程如下：
Te = 1 (e a i a + eb ib + e c i c) （2） Ω Te 为电磁转矩； 式中： Ω 为转子机械角速度。
作者简介： 姚绪梁 （1969-） ， 男， 博士， 教授， 博士生导师， Email： yao_1126@
Fig.1 The voltage source inverter
图1
电压源逆变器
3
电气传动 2017 年 第 47 卷 第 3 期
姚绪梁， 等： 无刷直流电机直接转矩控制的新型零矢量研究
voltage vector while all power switches are off. This definition is simple，but cause big torque ripple. A new zero voltage vector was presented. The influence of zero voltage vector on torque in dynamic state and generated state was analysis. analyzed. That the new zero voltage vector which has lower steady-state torque ripple was pointed out， and could Key words: brushless DC motor； direct torque control； zero voltage vector； four quadrant operation conveniently realize four quadrant operation of the motor. The simulation results verify the validity of the theory
部关断的方式定义零矢量， 即 U（ ） 。本文 0 000000 以 a， b 相导通， c 相关断为例， 对施加零矢量为 U（ ） 进行分析。 0 000000 如图 3 所示， 在 a， b 相导通， c 相关断的情况 下， 即 U（ ） 作用下， 电流经过 VT1 流入电 6 100100 机 a 相， 从 b 相流出再经过 VT4 回到电源中。若 此时需要减小电磁转矩， 施加零矢量， 将所有开 关管关断， 由于电机中电感的存在， 电流不会立 即消失， 在续流二极管 VD2 和 VD3 的作用下， 电 流依然会从 a 相流入， b 相流出， 经过 2 个二极管 对电源进行充电。在传统的两相导通方式下， 这是一种馈能制动状态， 从电压矢量分析， 此时 相 当 于 施 加 了 U3（011000）， 由图 2 可知其是 U（ ） 的反向矢量。下面分析这种矢量对 6 100100 转矩的影响。
1.1 BLDCM 的 DTC 控制方法 常见的 BLDCM 为定子三相星型结构， 无中 线连接， 与电压源型逆变器构成其控制系统，t
torque control， DTC） 以电磁转矩为直接控制的目 标， 对于减小转矩脉动有着良好的效果。近年 来， 这项技术被引入 BLDCM 的控制系统中。文 献 ［5］ 提出用 2 个非零数字定义非零矢量， 用全零 数字定义零矢量的控制方案被大多数学者所接 受。随着研究的深入， 又有文献提出一种用一个 非零数字定义零矢量的方法［6-7］。 本文基于传统 BLDCM 两相导通的 DTC 控 制方案下， 提出一种新型零矢量定义方法， 并且 对两种零矢量在电机电动状态和发电状态的转 矩闭环中的不同作用进行分析， 验证全新零矢量 的有效性。
Abstract: In direct torque control system of brushless DC motor，the voltage vector is often defined as zero
YAO Xuliang， ZENG Jun， ZHANG Yan， JIANG Xiaoming
Study on New Zero Voltage Vector in Direct Torque Control of Brushless DC Motor （College of Automation， Harbin Engineering University， Harbin 150001， Heilongjiang， China）
根据 BLDCM 本身相变量建立数学模型， 得 到电压方程如下：
di ì U a = Ri a + L a + e a + U n ï ï dt ï ï dib （1） + eb + U n íUb = Rib + L dt ï ï di ï ïU c = Ri c + L c + e c + U n dt î U a,Ub,U c 为电机三相相电压； e a, eb, e c 为电 式中： i , i , i 机三相反电势； a b c 为电机三相相电流；R, L U n 为中性点 分别为电机三相电阻与等效电感；
无 刷 直 流 电 机（brushless DC motor， BLDCM） 由于结构简单， 体积小， 调速性能良好， 使用 寿命长， 功率密度大等优点， 在工业上得到了广 泛的应用。但因其齿槽转矩、 反电势与电流的非 理想性， 造成较大的转矩脉动， 限制了其在高精 度伺服领域的发展
［1-4］
1 零矢量在电动状态下的作用分析
ELECTRIC DRIVE 2017 Vol.47 No.3
电气传动 2017 年 第 47 卷 第 3 期
无刷直流电机直接转矩控制的新型零矢量研究
姚绪梁， 曾俊， 张燕， 江晓明 （哈尔滨工程大学 自动化学院， 黑龙江 哈尔滨 150001）
摘要： 在现有的无刷直流电机两相导通直接转矩控制研究中， 常定义所有开关管关断为零矢量。这种定 义方式虽然简单， 却造成较大的转矩脉动。提出一种新型零矢量， 分别在电动与发电状态下分析其对转矩的 影响， 指出新型零矢量具有降低稳态转矩脉动的效果， 并且能方便地实现电机的 4 象限运行。仿真结果验证 了理论分析的正确性。 关键词： 无刷直流电机； 直接转矩控制； 零电压矢量； 4 象限运行 中图分类号： TM351 文献标识码： A DOI： 10.19457/j.1001-2095.20170301