永磁（cí）無刷直流電機PWM調製方式（shì）研究

永磁無刷直流（liú）電機PWM調製方（fāng）式研究袁（yuán）飛雄黃聲華李（lǐ）朗如（華（huá）中（zhōng）科技大學，湖北武漢流波動最小，轉矩脈動最小的（de）結論。又提出了（le）一種能量回（huí）饋製動的（de）方法，實現了電機製動時能量的回饋。

無刷直流電動機模型2PWM調製方式（shì）對電流的影響永磁無刷直流電機在忽略凸極（jí）效（xiào）應時，定子三相（xiàng）繞組的自感和互感為常數（shù），與轉子位置無（wú）關。這時，以GND為電位，由定子三相變（biàn）量建立的模型如下：對（duì）永磁無刷直（zhí）流電機，采用120*導通方式時（shí），每一個（gè）周（zhōu）期由（yóu）6個扇區組成，每個扇區（qū）各占60*每個（gè）開關元件導通120*即在連續的兩個扇（shàn）區內導通為此，共有（yǒu）3種不（bú）同的PWM調製方式：上（shàng）半（bàn）橋載波、下半橋載波以及全橋載波下麵以反電勢為（wéi）梯形波（bō）且平（píng）頂寬度為120*的永磁無刷電機為例，說（shuō）明（míng）不同（tóng）的載波方式對電樞電流的影（yǐng）響。反（fǎn）電勢波形（xíng）如所示。假設此（cǐ）時剛好電機由1-2扇區（qū）換向（xiàng）到2-3扇區，b，c兩相導通以下的分析都在此區間內進行。

基於以上等效模型的主電路結（jié）構如（rú）所示2.1上半橋載波方式電壓方程（chéng）為：此時中性點電壓為：un=k/2.ud 0，在（zài）T3導通時（shí），有如下電壓方程：/2當T3載波時，ti~t2時間（jiān）內，由於e>> 0，因而此時a相不會（huì）通過D1續流；在t2~t3時間內，由於此時ea<0，當T3截止時，un=0，ua=e+un<0，故當T3截止的時候，a相（xiàng）會通（tōng）過D4續流，並且由於ea幅值越來越大，電流值也越來越大，電流波動（dòng）的頻率與T3載波頻率相同。由於電機運行當中，截止相（xiàng）也續流導通，導致電（diàn）機此（cǐ）時處於三（sān）相同時導通的狀態，這將引起電機（jī）電樞繞組內的電流發生較大的（de）波動此時，a，c兩相電流與中所（suǒ）標電流方向一致，而b相電流則正好相反由b相流（liú）出電（diàn）流分別流入到a，c兩相，因而b相的電流波動此時也較大由此可知，上半橋載波時，如果（guǒ）以中（zhōng）所標電流（liú）方向為正向，則各繞組正向電流波動較大同理，在5- 6扇區，當T5載波時，在t4~t5時間內，a相繞（rào）組經過D4續流；而在t5~t6時（shí）間內，a相繞組不會有電流流過2.2下（xià）半橋載波方式在（zài）T2進行（háng）PWM斬波期間，b，c兩相端電壓方程為：此時中性點電壓為：un=米取這種調製方（fāng）式，在（zài）2- 3扇區的t1~t2時間內，由於ea> 0，因而當T2截止時，a相通過D1續流；在t2~b時間內，則不會通過D4續流與上半橋載（zǎi）波對應，負向電流的（de）波動較大2.3全橋載波方式T2，T3同時（shí）進行PWM斬波時，b，c兩相端電壓方程如下：可得中性點電壓為：un= 3扇區內，由於（yú）0　　總結：以上三種PWM調製方，無論（lùn）是上半橋斬波或是下半橋斬波，截止相都會產生續流（liú），導致（zhì）其餘兩相電流（liú）產生（shēng）波動電流波動的頻率與斬（zhǎn）波頻率一致，且電機轉速越高，電流波動越大如果采用全橋斬波，則始終是兩（liǎng）相導通，截（jié）止（zhǐ）相不會產生續流，並且電機中性點電壓在電機運行期間始終不會改變，電流波動小，轉矩脈動也較小（xiǎo）。雖然在相同的帶寬以及運行工況下，全（quán）橋斬波的斬波頻率遠遠高於前兩種斬波方式，損耗也較大，但是，全橋斬波（bō）仍不失為一種較好的斬波方式3回饋製（zhì）動方法及其原理作為推進（jìn）係統的永磁（cí）無刷直流電機，除了（le）要求能夠四象限平（píng）穩運行外，製動的時候應該盡（jìn）量回饋能量，以增加蓄電池的使用時間與電動工況不同，逆變（biàn）橋（qiáo）的6個開關元件中，上（shàng）半橋元件始終截止，下（xià）半橋的3個元件進行PWM調製，這樣構（gòu）成一個升壓斬波電路以（yǐ）中的（de）1- 2扇區為例，此時T4進行PWM調製，其它的開關元件全部（bù）處於截止狀態，如（rú）回饋（kuì）製動等效電路圖在一個斬波（bō）周期內，當T4導（dǎo）通時，由於ea，ec的作用，在a，c兩（liǎng）相繞組（zǔ）以及T4，D2間產生電流ia，當T4關斷時，電流ia經過D1給蓄電池充電。此時電樞繞組內電流方向與電動時（shí）相反（fǎn），可知電磁功率為負，電磁轉矩為製動轉矩，蓄電池為吸收功（gōng）率（lǜ），電動機（jī）將機械能量轉換為電能回饋給電池回饋製動的實質，就是在T4管導通的時候，電動機的機械能轉換為磁場能量儲存在電機繞組中；在T4截止的時候，將電動機的機械能以及儲存在電（diàn）機繞（rào）組中的磁場能量（liàng）轉換為電能，經電（diàn）感升壓斬波的作用，將能量回饋給蓄（xù）電池由於電樞電流方（fāng）向與反電（diàn）勢方向相反，因而電（diàn）機發出功率，獲得製動轉矩，從而（ér）實現電機的（de）製動。

計算機仿真（zhēn）分析用不同的（de）PWM調製方（fāng）式對一台永（yǒng）磁無（wú）刷直（zhí）流電機進行了仿真分柝給定電流為20A，電源電壓ud=400V，R= 0.02幻，0.ImH在上半橋，下半橋以及全橋（qiáo）載波的工況下，電流（liú）波形分別（bié）如下所示由三圖可（kě）以看出，上半橋或下半（bàn）橋（qiáo）載波方式下，由於截止相的續流作用，使得電機正常導通相的電流每60*都有一次較大的波動。上半橋載波時，流（liú）入相繞組的（de）電流波動較（jiào）大；下半橋載波時，電流波動較（jiào）大，全橋載波時，電流波動明顯比前兩種方（fāng）式小，因而轉（zhuǎn）脈波動（dòng）也小得多，從而證明了前麵的分柝全橋載（zǎi）波在電動狀態下有更小的波（bō）動電流，是一種較為理想的載波方式製動電流（liú）設置為30A在電機起動正常運行0. 5秒之後馬上進入製（zhì）動狀態分別為電機由起動到製動時a相電（diàn）流以及轉矩、轉速波形。其中，在電動時PWM調製方（fāng）式為下半橋載（zǎi）波，從靜止運行0.5秒之後，轉入製動狀態。

轉矩和轉速仿真波形由圖可以看到，當電機轉入製動狀態（tài）後，此時a相電流馬上發生變化，與電動狀態的電（diàn）流方（fāng）向相反，因而轉矩變為負值，使（shǐ）得電機迅速製動。