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高速单相无刷直流电机的工作原理和控制方法和仿真及实验结果及分析
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针对传统单相无刷直流电机控制方法无法满足吸尘器应用对电机控制系统提出的性能要求的问题，提出了一种结合导通角调节、相角提前换相和关断后续流的复合控制方法。以一台 350 W 单相无刷直流电机为例，搭建了电机的二维有限元模型和控制系统的解析模型，采用场路耦合仿真对所提出的控制方法进行了验证。根据对仿真波形的分析，得出了电机性能关于不同开通角和关断角组合的变化规律，确定了最佳控制参数。并通过实验研究了所提出控制方法的可行性和有效性。实验结果表明，该控制方法能够使单相无刷直流电机控制系统实现转速分级可调、高转速和高效率等性能特点，满足吸尘器应用对电机性能的要求。仿真结果与实验数据基本吻合，证明所采用的场路耦合仿真方法具有实用意义。
由于转子采用磁钢励磁，定子采用集中绕组以及无刷结构，永磁无刷直流电机具有效率高、结构紧凑、维护需求低和量产成本低等优点。单相无刷直流电机相比三相无刷直流电机虽然效率较低、转矩脉动较大并且存在起动死点问题，但其具有结构简单、制造方便和驱动电路成本低等优势。所以单相无刷直流电机被广泛用于对电机转矩脉动和起动性能要求不高的场合，如风机，散热风扇以及家用电器领域等
单相无刷直流电机定转子结构的特殊性导致其零齿槽转矩位置与零电磁转矩位置相重合，从而出现起动死点问题。一般情况下，研究人员采用不对称气隙解决起动死点问题。在多种不对称气隙形式中，渐变气隙因其造成转矩脉动较低而被广泛采用。在某一范围内，渐变气隙的变化对齿槽转矩波形和反电势波形的影响呈现出不同趋势，因 此 存 在 最 优 渐 变 气隙。在渐变气隙的基础上，研究人员在厚气隙处采用定子上翘的结构，可改善电机齿槽转矩波动、提高起动转矩、减小转矩谐波。
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