直流电动机反电动势对其电流脉动频率的影响VIP专享VIP免费

第27卷第30期中国电机工程学报Vol.27No.30Oct.20072007年10月ProceedingsoftheCSEE©2007Chin.Soc.forElec.Eng.文章编号：0258-8013(2007)30-0092-05中图分类号：TM33文献标识码：A学科分类号：470⋅40直流电动机反电动势对其电流脉动频率的影响袁宝国1，曹镇荣1，王胜国2(1．上海第二工业大学电子电气工程学院，上海市浦东新区201209；2．北卡罗莱纳大学夏洛特分校工程技术学院，夏洛特NC28223-0001美国)EffectofCounterEMFonRippleFrequencyofCurrentinDCMotorYUANBao-guo1,CAOZhen-rong1,WANGSheng-Guo2(1.ShanghaiSecondPolytechnicUniversity,PudongxinDistrict,Shanghai201209,China;2.UniversityofNorthCarolinaatCharlotte,Charlotte,28223,USA)ABSTRACT:ThefrequencyofthecurrentrippleintheDCmotorcausedbyitscounter-EMFisanalyzed.Itisprovedthatthisfrequencyisdeterminednotonlybyitsrotationspeed,butalsobythenumberofwindingsinseries,thenumberofpole-pairs,andthenumberofparallelpathsinwhichcurrentripplewavesdoeachother.Itdoesnothavedirectlinkagewiththenumberofbrush-pairs,thenumberofcommutatorbars,andthenumberofarmatureslots.Thisresultprovidesananalyticbasisforthesensorlessspeedestimationof.DCmotor.KEYWORDS:sensorlessspeedestimation;DCmotor;counter-EMF;superpositionofsignal摘要：对由反电动势所造成的直流电动机的电流脉动的频率进行了分析和数学证明，提出当直流电动机旋转时，反电动势造成的的电流脉动频率与转速、磁极对数、每个支路串联元件数以及脉动电流不重合的并联支路数有关，与电刷对数、换向片数、齿槽数无直接的关系。结果对各种类型的直流电动机的无传感器转速测量方法提供了一个进一步分析的基础。关键词：无传感器测速；直流电动机；反电动势；信号叠加0引言电动机的电枢是一个特殊的旋转体，旋转时有些电气参数会随转速而变。人们可以寻找这些参数，以测得转速。它摈弃了传统的转速传感器，在现代的文献中对这种不需要测速传感器的测速方法称为无传感器(sensorless)测速。无传感器更确切地讲应该称为无转速传感器，一时成了热门[1-7]。基金项目：上海市教季基金项目(XSX104002)。直流电动机旋转时在供电回路中的直流电流会出现脉动。单位时间该直流电流脉动的次数(暂且称之为脉动频率)与电动机的转速有关。若在供电回路中采集该脉动信息，再将其转变为转速信号，利用这一原理可以实现对直流电动机的转速测量。利用供电回路中的脉动信息实现直流电动机的无传感器测速的工作主要集中在中国。1978年张文海首先提出用脉动信息来测量直流电动机的转速[8]。以后陈稚文对测量方法进行了改进[9-10]，将电阻取样改为电流互感器取样，将频率计测频改为采用FFT进行数据处理。近年来黄进等进一步采用霍尔元件取样，然后通过小波变换或SFFT等方法对电动机启动时的非平稳转速信号进行测量[11-15]。对于脉动频率的影响因子一般认为有转速、换向片数和磁极对数(电刷对数)，但是在数学关系的表达上认识不全然一致。文献[8-10,16]认为“换向脉冲”频率与换向片数有关，换向片数为奇数时，换向脉冲频率f=2kn/60；换向片数为偶数时，换向脉冲频率f=kn/60，式中k为换向器片数，n为电动机转速，单位为转/分钟。文献[8]仅公布了2极、换向片数为5的微电机的测试数据；文献[9-10]仅给出了2极12换向片的直流微型电动机的资料；文献[16]也仅显示了2极3换向片的直流电动机的数据。文献[17]认为换向片数为奇数、电刷对数为奇数时，“换向脉冲频率”f=2kn/60；换向片数为奇数、电刷对数为偶数时，“换向脉冲频率”f=kn/60，式中k为换向器片数，n为电动机转速，单位为转/分钟。文献称“由于手头缺乏换向片数为偶数的电第30期袁宝国等：直流电动机反电动势对其电流脉动频率的影响93动机”，因此没有换向片数为偶数电动机的数据。文献[17]给出了2极、换向片数为5的永磁直流伺服电机以及12极、换向片数为169的永磁直流力矩电机的数据。文献[11-15]公式中出现磁极对数，认为脉动分量的频率满足如下关系：f=cknp/60，式中k为换向器片数，n为电动机转速...