浅析直流电动机的转矩波动

直流电动机  是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。

抑制转矩波动一直是永磁无刷直流电机控制的重要内容。按转矩波动产生的原因，可分为：电磁因素引起的转矩波动、电流换向引起的转矩波动、齿槽引起的转矩波动、电枢反应影响和机械工艺引起的转矩波动等，其中前 3 者对转矩波动影响较大。

针对不同的原因，国内外许多学者作了大量的研究工作。对于齿槽转矩产生和削弱方法，采用定子斜槽的方法可取得较好效果。对于换相转矩波动，文献[9]从 3 个不同的状态作了详细的分析，指出换相转矩波动与反电势和电源电压以及转速之间的关系；针对换相时总电流下降的现状，采用电流反馈、重叠换相以及人工智能算法等方法维持换相时总电流不变以抑制换相转矩波动。

对电机的相电压和相电流进行 Fourier 级数分解，针对转矩谐波进行补偿。文献[14]对电枢反应引起的转矩波动做了分析，并在设计磁路和换相控制两个方面提出了削弱电枢反应对转矩波动的影响。文献[15]提出利用转矩观测器间接转矩反馈方法，即利用反电势、相电流、电机转速作为输入信号，波动转矩作为输出信号构成波动转矩观测器，实时在线估计转矩大小的变化，针对不同的情况作相应的补偿。文献[16]将直接转矩控制的概念引入无刷直流电机控制系统中，其对转矩波动的抑制取得了较好效果。
总之，引起无刷直流电机转矩波动的因素很复杂，针对不同的情况可采用相应的控制方法，各种方法都有自己的优缺点和适应的场合，在不同环境下针对不同的要求，可以采用不同的方法。

当直流电源通过电刷向电枢绕组供电时，电枢表面的N极下导体可以流过相同方向的电流，根据左手定则导体将受到逆时针方向的力矩作用；电枢表面S极下部分导体也流过相同方向的电流，同样根据左手定则导体也将受到逆时针方向的力矩作用。这样，整个电枢绕组即转子将按逆时针旋转，输入的直流电能就转换成转子轴上输出的机械能。由定子和转子组成，定子：基座，主磁极，换向极，电刷装置等；转子（电枢）：电枢铁心，电枢绕组，换向器，转轴和风扇等。