高速單相無刷直流電機的工作原理和控制方法和仿真及實驗結果及分析

　　針對傳統(tǒng)單相無刷直流電機控制方法無法滿足吸塵器應用對電機控制系統(tǒng)提出的性能要求的問題，提出了一種結合導通角調節(jié)、相角提前換相和關斷后續(xù)流的復合控制方法。以一臺 350 W 單相無刷直流電機為例，搭建了電機的二維有限元模型和控制系統(tǒng)的解析模型，采用場路耦合仿真對所提出的控制方法進行了驗證。根據對仿真波形的分析，得出了電機性能關于不同開通角和關斷角組合的變化規(guī)律，確定了最佳控制參數。并通過實驗研究了所提出控制方法的可行性和有效性。實驗結果表明，該控制方法能夠使單相無刷直流電機控制系統(tǒng)實現轉速分級可調、高轉速和高效率等性能特點，滿足吸塵器應用對電機性能的要求。仿真結果與實驗數據基本吻合，證明所采用的場路耦合仿真方法具有實用意義。

　　由于轉子采用磁鋼勵磁，定子采用集中繞組以及無刷結構，永磁無刷直流電機具有效率高、結構緊湊、維護需求低和量產成本低等優(yōu)點。單相無刷直流電機相比三相無刷直流電機雖然效率較低、轉矩脈動較大并且存在起動死點問題，但其具有結構簡單、制造方便和驅動電路成本低等優(yōu)勢。所以單相無刷直流電機被廣泛用于對電機轉矩脈動和起動性能要求不高的場合，如風機，散熱風扇以及家用電器領域等

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