永磁无刷直流电机PWM调制方式研究

核心提示：　　永磁无刷直流电机PWM调制方式研究袁飞雄黄声华李朗如（华中科技大学，湖北武汉流波动最小，转矩脉动最小的结论。又提出了一种能量回馈制动的方法，实现了电机制动时能量的回馈。　　1无刷直流电动机模型2P

　　永磁无刷直流电机PWM调制方式研究袁飞雄黄声华李朗如（华中科技大学，湖北武汉流波动最小，转矩脉动最小的结论。又提出了一种能量回馈制动的方法，实现了电机制动时能量的回馈。

　　1无刷直流电动机模型2PWM调制方式对电流的影响永磁无刷直流电机在忽略凸极效应时，定子三相绕组的自感和互感为常数，与转子位置无关。这时，以GND为电位，由定子三相变量建立的模型如下：对永磁无刷直流电机，采用120*导通方式时，每一个周期由6个扇区组成，每个扇区各占60*每个开关元件导通120*即在连续的两个扇区内导通为此，共有3种不同的PWM调制方式：上半桥载波、下半桥载波以及全桥载波下面以反电势为梯形波且平顶宽度为120*的永磁无刷电机为例，说明不同的载波方式对电枢电流的影响。反电势波形如所示。假设此时刚好电机由1-2扇区换向到2-3扇区，b，c两相导通以下的分析都在此区间内进行。

　　基于以上等效模型的主电路结构如所示2.1上半桥载波方式电压方程为：此时中性点电压为：un=k/2.ud 0，在T3导通时，有如下电压方程：/2当T3载波时，ti~t2时间内，由于e>> 0，因而此时a相不会通过D1续流；在t2~t3时间内，由于此时ea<0，当T3截止时，un=0，ua=e+un<0，故当T3截止的时候，a相会通过D4续流，并且由于ea幅值越来越大，电流值也越来越大，电流波动的频率与T3载波频率相同。由于电机运行当中，截止相也续流导通，导致电机此时处于三相同时导通的状态，这将引起电机电枢绕组内的电流发生较大的波动此时，a，c两相电流与中所标电流方向一致，而b相电流则正好相反由b相流出电流分别流入到a，c两相，因而b相的电流波动此时也较大由此可知，上半桥载波时，如果以中所标电流方向为正向，则各绕组正向电流波动较大同理，在5- 6扇区，当T5载波时，在t4~t5时间内，a相绕组经过D4续流；而在t5~t6时间内，a相绕组不会有电流流过2.2下半桥载波方式在T2进行PWM斩波期间，b，c两相端电压方程为：此时中性点电压为：un=米取这种调制方式，在2- 3扇区的t1~t2时间内，由于ea> 0，因而当T2截止时，a相通过D1续流；在t2~b时间内，则不会通过D4续流与上半桥载波对应，负向电流的波动较大2.3全桥载波方式T2，T3同时进行PWM斩波时，b，c两相端电压方程如下：可得中性点电压为：un= 3扇区内，由于0　　总结：以上三种PWM调制方，无论是上半桥斩波或是下半桥斩波，截止相都会产生续流，导致其余两相电流产生波动电流波动的频率与斩波频率一致，且电机转速越高，电流波动越大如果采用全桥斩波，则始终是两相导通，截止相不会产生续流，并且电机中性点电压在电机运行期间始终不会改变，电流波动小，转矩脉动也较小。虽然在相同的带宽以及运行工况下，全桥斩波的斩波频率远远高于前两种斩波方式，损耗也较大，但是，全桥斩波仍不失为一种较好的斩波方式3回馈制动方法及其原理作为推进系统的永磁无刷直流电机，除了要求能够四象限平稳运行外，制动的时候应该尽量回馈能量，以增加蓄电池的使用时间与电动工况不同，逆变桥的6个开关元件中，上半桥元件始终截止，下半桥的3个元件进行PWM调制，这样构成一个升压斩波电路以中的1- 2扇区为例，此时T4进行PWM调制，其它的开关元件全部处于截止状态，如回馈制动等效电路图在一个斩波周期内，当T4导通时，由于ea，ec的作用，在a，c两相绕组以及T4，D2间产生电流ia，当T4关断时，电流ia经过D1给蓄电池充电。此时电枢绕组内电流方向与电动时相反，可知电磁功率为负，电磁转矩为制动转矩，蓄电池为吸收功率，电动机将机械能量转换为电能回馈给电池回馈制动的实质，就是在T4管导通的时候，电动机的机械能转换为磁场能量储存在电机绕组中；在T4截止的时候，将电动机的机械能以及储存在电机绕组中的磁场能量转换为电能，经电感升压斩波的作用，将能量回馈给蓄电池由于电枢电流方向与反电势方向相反，因而电机发出功率，获得制动转矩，从而实现电机的制动。

　　4计算机仿真分析用不同的PWM调制方式对一台永磁无刷直流电机进行了仿真分柝给定电流为20A，电源电压ud=400V，R= 0.02幻，0.ImH在上半桥，下半桥以及全桥载波的工况下，电流波形分别如下所示由三图可以看出，上半桥或下半桥载波方式下，由于截止相的续流作用，使得电机正常导通相的电流每60*都有一次较大的波动。上半桥载波时，流入相绕组的电流波动较大；下半桥载波时，电流波动较大，全桥载波时，电流波动明显比前两种方式小，因而转脉波动也小得多，从而证明了前面的分柝全桥载波在电动状态下有更小的波动电流，是一种较为理想的载波方式制动电流设置为30A在电机起动正常运行0. 5秒之后马上进入制动状态分别为电机由起动到制动时a相电流以及转矩、转速波形。其中，在电动时PWM调制方式为下半桥载波，从静止运行0.5秒之后，转入制动状态。

　　转矩和转速仿真波形由图可以看到，当电机转入制动状态后，此时a相电流马上发生变化，与电动状态的电流方向相反，因而转矩变为负值，使得电机迅速制动。