导　　师： 尹华杰; 彭颖卿

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 与直流电机、单相感应电机和三相无刷直流电机相比,单相无刷直流电机在性能和成本方面更适合应用于风机、水泵、光盘驱动等对动态性能要求不高的小功率家用电器,但该类型电机存在起动死点和转矩脉动大等问题。为解决起动死点问题而引入的渐变气隙结构,使气隙磁密、反电动势和齿槽转矩波形发生畸变;另外,为补偿电磁转矩幅值的周期性降落,需把齿槽转矩波形设计为理想形状。然而,目前主流的电机分析软件仍没有现成的单相无刷直流电机模型。因此本文基于该研究背景,建立单相无刷直流电机的气隙磁密和齿槽转矩解析模型,并搭建其控制系统仿真模型,以解决其起动死点和转矩脉动大等问题,具有重要的理论和现实意义。本文首先简述了单相无刷直流电机的优缺点,并从电机组成、非均匀气隙结构和控制算法三方面总结近年来的发展和研究现状。然后阐述单相无刷直流电机的工作原理和数学模型,并提出渐变气隙结构下的气隙磁密模型,有限元解验证了模型的正确性,并根据气隙磁密与反电动势间的线性关系,得到相应的反电动势形状函数。接着基于能量法提出渐变气隙结构下的齿槽转矩模型,并结合数值积分的复化梯形公式以提高计算精度,有限元解验证了模型的正确性,并得出δm’、b、αp、Br和Lef等参数与齿槽转矩波形间的变化规律。最后结合所得的气隙磁密和齿槽转矩模型,基于Matlab建立转速、电流双闭环控制系统仿真模型,分析齿槽转矩与PWM调制方式对电机转速、电磁转矩、电流等参数的影响。研究表明:（1）与三相无刷直流电机相比,单相无刷直流电机的齿槽转矩幅值更大;（2）对于单相无刷直流电机而言,需结合实际工况将齿槽转矩设计为理想形状以减小转速抖动;（3）采用双管调制方式时,电流动态响应更快,转速抖动更小,有

关 键 词： 单相无刷直流电机 渐变气隙结构 气隙磁密 齿槽转矩 控制系统

领　　域： []