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永磁无刷直流电机PWM调制方式研究

时间:2016-3-9 13:55:00   来源:中国电机网   添加人:admin

  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。