永磁無(wú)刷直流電機(jī)由于其無(wú)換向火花,運(yùn)行可靠,維護(hù)方便,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)勵(lì)磁損耗等眾多優(yōu)點(diǎn),自50年代出現(xiàn)以來(lái)[1],就在很多場(chǎng)合得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的永磁無(wú)刷直流電機(jī)均需一個(gè)附加的位置傳感器,用以向逆變橋提供必要的換向信號(hào),它的存在給直流無(wú)刷電機(jī)的應(yīng)用帶來(lái)很多的缺陷與不便:首先,位置傳感器會(huì)增加電機(jī)的體積和成本;其次,連線眾多的位置傳感器會(huì)降低電機(jī)運(yùn)行的可靠性,即便是現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的霍爾傳感器,也存在一定程度的磁不敏感區(qū);再次,在某些惡劣的工作環(huán)境中,如在密封的空調(diào)壓縮機(jī)中,由于制冷劑的強(qiáng)腐蝕性,常規(guī)的位置傳感器根本就無(wú)法使用。此外,傳感器的安裝精度還會(huì)影響電機(jī)的運(yùn)行性能,增加生產(chǎn)的工藝難度。
重慶電機(jī)維修針對(duì)位置傳感器所帶來(lái)的種種不利影響,近一二十年來(lái),永磁無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制一直是國(guó)內(nèi)外較為熱門的研究課題。從70年代末開始,截至目前為止,永磁無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制已大致經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段,針對(duì)不同的電機(jī)性能和應(yīng)用場(chǎng)合出現(xiàn)了很多不同的控制理論和實(shí)現(xiàn)方法,諸如:反電勢(shì)法,續(xù)流二極管法,電感法等等。接下來(lái),本文將在簡(jiǎn)要論述永磁無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,深入分析目前討論和應(yīng)用較多的幾類常規(guī)方法的基本原理、實(shí)現(xiàn)途徑、應(yīng)用場(chǎng)合及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和永磁材料磁性能的不斷提高，永磁無(wú)刷直流電機(jī)近年來(lái)受到普遍重視，并且取得了很大的發(fā)展。
永磁無(wú)刷直流電機(jī)具有調(diào)速方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便、電磁污染小、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，在伺服系統(tǒng)及小功率拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
然而，由于電機(jī)本身結(jié)構(gòu)以及饋電系統(tǒng)等方面的原因，無(wú)刷直流電機(jī)具有較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，這限制了其在精密傳動(dòng)和大功率驅(qū)動(dòng)等系統(tǒng)中的應(yīng)用；另外，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)加劇，噪聲增加，也影響了電機(jī)壽命。
 
重慶電機(jī)維修制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)一直是永磁無(wú)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(guó)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)
 
文獻(xiàn)[13]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(wú)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。