高速單相無刷直流電機(jī)的工作原理和控制方法和仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　針對(duì)傳統(tǒng)單相無刷直流電機(jī)控制方法無法滿足吸塵器應(yīng)用對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)提出的性能要求的問題，提出了一種結(jié)合導(dǎo)通角調(diào)節(jié)、相角提前換相和關(guān)斷后續(xù)流的復(fù)合控制方法。以一臺(tái) 350 W 單相無刷直流電機(jī)為例，搭建了電機(jī)的二維有限元模型和控制系統(tǒng)的解析模型，采用場(chǎng)路耦合仿真對(duì)所提出的控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)對(duì)仿真波形的分析，得出了電機(jī)性能關(guān)于不同開通角和關(guān)斷角組合的變化規(guī)律，確定了最佳控制參數(shù)。并通過實(shí)驗(yàn)研究了所提出控制方法的可行性和有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制方法能夠使單相無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速分級(jí)可調(diào)、高轉(zhuǎn)速和高效率等性能特點(diǎn)，滿足吸塵器應(yīng)用對(duì)電機(jī)性能的要求。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，證明所采用的場(chǎng)路耦合仿真方法具有實(shí)用意義。

　　由于轉(zhuǎn)子采用磁鋼勵(lì)磁，定子采用集中繞組以及無刷結(jié)構(gòu)，永磁無刷直流電機(jī)具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)需求低和量產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。單相無刷直流電機(jī)相比三相無刷直流電機(jī)雖然效率較低、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大并且存在起動(dòng)死點(diǎn)問題，但其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便和驅(qū)動(dòng)電路成本低等優(yōu)勢(shì)。所以單相無刷直流電機(jī)被廣泛用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和起動(dòng)性能要求不高的場(chǎng)合，如風(fēng)機(jī)，散熱風(fēng)扇以及家用電器領(lǐng)域等

　　單相無刷直流電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的特殊性導(dǎo)致其零齒槽轉(zhuǎn)矩位置與零電磁轉(zhuǎn)矩位置相重合，從而出現(xiàn)起動(dòng)死點(diǎn)問題。一般情況下，研究人員采用不對(duì)稱氣隙解決起動(dòng)死點(diǎn)問題。在多種不對(duì)稱氣隙形式中，漸變氣隙因其造成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較低而被廣泛采用。在某一范圍內(nèi)，漸變氣隙的變化對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩波形和反電勢(shì)波形的影響呈現(xiàn)出不同趨勢(shì)，因 此 存 在 最 優(yōu) 漸 變 氣隙。在漸變氣隙的基礎(chǔ)上，研究人員在厚氣隙處采用定子上翹的結(jié)構(gòu)，可改善電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、減小轉(zhuǎn)矩諧波。