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筛分设备电磁转矩脉动的抑制方法

筛分设备抑制无刷直流电机的电磁转矩脉动,应从两方面考虑,一方面要优化无刷直流电机的反电势波形,使之尽可能地接近理想正弦波;另一方面要减小定子电流中的谐波分量。

(1)转子结构的优化

筛分设备定子绕组的感应电动势是定子绕组切割气隙磁场产生的,当气隙磁场的波形不同时,感应电动势波形将不同,因此通过优化转子结构、永磁体形状、充磁方式,使气隙磁场更接近正弦波形将可优化反电势波形。永磁无刷直流电机通常为内转子、表贴式结构,永磁体为瓦型。这种转子结构的优化方法有:优化电机的极弧系数、优化永磁体磁化方向的长度、采用HALBACH磁体结构等。对于筛分设备的瓦型永磁体的优化,最普遍的做法是采用不等厚永磁体磁极。通常情况下,瓦型永磁体的磁极内外径同心,半径不同,即永磁体的磁极为等厚的。研究表明,使磁极两端变薄,可有效优化气隙磁场波形,为两种不同形状的瓦型永磁体的磁极。筛分设备的磁极特点为内外半径相同,但不同心,磁极的两端变薄了。不同心,内外径相同的磁极,使气隙磁场分布更接近正弦波。

(2)定子结构的优化

筛分设备的感应电动势中的谐波分量,除了与气隙磁场分布有关外,还受定子绕组结构的影响。为减少无刷直流电机感应电动势中的谐波分量,通常三相定子绕组采用三相星形接法,以抑制绕组中的三次谐波;另外将筛分设备的定子绕组设计成双层、短距绕组或者正弦绕组可减少感应电动势中的谐波含量。

(3)定子电流谐波分量的抑制

筛分设备的无刷直流电机定子电流中的谐波分量主要是因为无刷直流电机的驱动电流都是通过PWM方式产生的,PWM波形中含有大量谐波。调制波和载波的波形、调制方式、载波比,载波频率和逆变器开关器件的工作频率,死区时间等都对定子电流中的谐波含量的多少有影响。目前,筛分设备的PWM调制方式主要有SPWM、特定谐波消除法PWM、电流跟踪型PWM、SVPWM等。

    筛分设备的两相马鞍形PWM也可有效抑制定子电流中的谐波;载波波形可以是三角波或锯齿波,常用的为三角波;同步调制、异步调制,单极性调制、双极性调制对谐波含量也有影响;载波频率和开关器件工作频率越高,谐波含量越少,IGBT开关器件的工作频率已达到以上,可使电流波形相当平滑;通过对死区时间的补偿,可减少谐波含量。总之,通过合理选择PWM调制方式,尽量提高开关器件工作频率,对死区时间进行适当补偿等方式可有效抑制筛分设备的定子电流中的谐波含量,从而减小电机转矩脉动。

责任编辑:新乡市东源机械有限公司

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