新型式转换器供电的零刷流体电机变相革矩脉冲的解析

　　换相时等效电路式中，Vdc为直流电压；L为电机绕组电感；ia，ib为相电流；ea，eb为A，B相反电势；M为相绕组互感。理想情况下反电势为120°电角度的梯形波。由于反电势变化比电流变化缓慢，换相时认为反电势为一恒值，即ea=eb=ep，ep为梯形波反电势幅值，且认为换相电流线性变化。因此，由式（1，2）得diadt=Vdc-ep-E/2L+M-E/2L-M（3）dibdt=Vdc-ep-E/2L+M+E/2L-M（4）设i为直流母线电流，i=ia+ib，故ia=i+diadtt（5）ib=dibdtt（6）按两相电流变化率的不同分三种情况分析：（1）ep=Vdc-E/2时，diadt=dibdt，即ia降到0时ib上升到稳态值，如（a）所示。由式（3～6）得：Te（t）=1（eaia+ebib）=1epi；e%=0.

　　（a）电流变化率相同（b）ia下降率>ib上升率（c）ib上升率>ia下降率换相时两相电流的变化情况（2）ep>Vdc-E/2时，diadt>dibdt，即ia降到0时ib还未上升到稳态值，如（b）所示。设ia降到0的时间为t1，ib上升到稳态值的时间为t2，则t1=-idiadt=iE/2L-M-Vdc-ep-E/2L+M（7）t2=idibdt=iE/2L-M+Vdc-ep-E/2L+M（8）由于t1时刻转矩脉动最大，故考虑最大转矩脉动情况，有Te（t1）=1（eaia+ebib）=epdibdtt1=epi1+2Vdc-ep-E/2L+ME/2L-M-Vdc-ep-E/2L+M（9）Te%=Te-Te（t1）Te×100%=2（L-M）（Vdc-ep-E/2）LE-（L-M）（Vdc-ep）（10）（3）0≤ep电源电压、电机电感有关，还与转速及储能电容电压E有关。若E一定，n=Vdc-E/2Ce时，Te%=0；当0≤nVdc-E/2Ce时，转速增大，ia下降速度变快，ib上升速度变慢，换相转矩脉动增大。速度较低时，随着E的增大，ia下降速度加快，ib上升速度减慢，有利于换相转矩脉动减小；速度较高时，E增大使得ia下降速度更快，ib上升速度更慢，换相转矩脉动增大。另外，E增大，转矩脉动为零时所对应的转速也随之降低。

　　仿真计算与实验结果现以参数：反电势常数Ce=0.05V/rmin-1，相电流幅值Is=10A，开关频率f=不同E时电机换相转矩脉动随转速变化的关系曲线（1??E=280V；2??E=300V；3??E=350V；4??E=400V）20kHz，Vdc=200V，L=0.58mH，M=0.29mH的电机为例，对换相转矩脉动进行仿真计算。为不同E时换相转矩脉动随转速的变化关系。可以看出，当转速为1000r/min时，由于ia下降率和ib上升率相同，换相转矩脉动为零。随着转速增加和下降，两相电流变化率不相同，将产生换相转矩脉动。并且转速偏离1000r/min越大，两相电流变化率相差越大，换相转矩脉动也随之增大。电机在较低转速运行时，ia下降率比ib上升率小，存在换相转矩脉动。随着E的增大，A相绕组两端反压增大，电流下降加快，两相电流变化率趋于一致，换相转矩脉动减小。而在较高转速运行时，ia下降率大于ib上升率，且随着E的增大，两相电流变化率之差增大，换相转矩脉动也随之增大。