永磁無(wú)刷直流電機(jī)PWM調(diào)制方式研究袁飛雄黃聲華李朗如（華中科技大學(xué)，湖北武漢流波動(dòng)最小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小的結(jié)論。又提出了一種能量回饋制動(dòng)的方法，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)制動(dòng)時(shí)能量的回饋。
1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)模型2PWM調(diào)制方式對(duì)電流的影響永磁無(wú)刷直流電機(jī)在忽略凸極效應(yīng)時(shí)，定子三相繞組的自感和互感為常數(shù)，與轉(zhuǎn)子位置無(wú)關(guān)。這時(shí)，以GND為電位，由定子三相變量建立的模型如下：對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)，采用120*導(dǎo)通方式時(shí)，每一個(gè)周期由6個(gè)扇區(qū)組成，每個(gè)扇區(qū)各占60*每個(gè)開關(guān)元件導(dǎo)通120*即在連續(xù)的兩個(gè)扇區(qū)內(nèi)導(dǎo)通為此，共有3種不同的PWM調(diào)制方式：上半橋載波、下半橋載波以及全橋載波下面以反電勢(shì)為梯形波且平頂寬度為120*的永磁無(wú)刷電機(jī)為例，說(shuō)明不同的載波方式對(duì)電樞電流的影響。反電勢(shì)波形如所示。假設(shè)此時(shí)剛好電機(jī)由1-2扇區(qū)換向到2-3扇區(qū)，b，c兩相導(dǎo)通以下的分析都在此區(qū)間內(nèi)進(jìn)行。
基于以上等效模型的主電路結(jié)構(gòu)如所示2.1上半橋載波方式電壓方程為：此時(shí)中性點(diǎn)電壓為：un=k/2.ud 0，在T3導(dǎo)通時(shí)，有如下電壓方程：/2當(dāng)T3載波時(shí)，ti~t2時(shí)間內(nèi)，由于e>> 0，因而此時(shí)a相不會(huì)通過(guò)D1續(xù)流；在t2~t3時(shí)間內(nèi)，由于此時(shí)ea<0，當(dāng)T3截止時(shí)，un=0，ua=e+un<0，故當(dāng)T3截止的時(shí)候，a相會(huì)通過(guò)D4續(xù)流，并且由于ea幅值越來(lái)越大，電流值也越來(lái)越大，電流波動(dòng)的頻率與T3載波頻率相同。由于電機(jī)運(yùn)行當(dāng)中，截止相也續(xù)流導(dǎo)通，導(dǎo)致電機(jī)此時(shí)處于三相同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，這將引起電機(jī)電樞繞組內(nèi)的電流發(fā)生較大的波動(dòng)此時(shí)，a，c兩相電流與中所標(biāo)電流方向一致，而b相電流則正好相反由b相流出電流分別流入到a，c兩相，因而b相的電流波動(dòng)此時(shí)也較大由此可知，上半橋載波時(shí)，如果以中所標(biāo)電流方向?yàn)檎?，則各繞組正向電流波動(dòng)較大同理，在5- 6扇區(qū)，當(dāng)T5載波時(shí)，在t4~t5時(shí)間內(nèi)，a相繞組經(jīng)過(guò)D4續(xù)流；而在t5~t6時(shí)間內(nèi)，a相繞組不會(huì)有電流流過(guò)2.2下半橋載波方式在T2進(jìn)行PWM斬波期間，b，c兩相端電壓方程為：此時(shí)中性點(diǎn)電壓為：un=米取這種調(diào)制方式，在2- 3扇區(qū)的t1~t2時(shí)間內(nèi)，由于ea> 0，因而當(dāng)T2截止時(shí)，a相通過(guò)D1續(xù)流；在t2~b時(shí)間內(nèi)，則不會(huì)通過(guò)D4續(xù)流與上半橋載波對(duì)應(yīng)，負(fù)向電流的波動(dòng)較大2.3全橋載波方式T2，T3同時(shí)進(jìn)行PWM斬波時(shí)，b，c兩相端電壓方程如下：可得中性點(diǎn)電壓為：un= 3扇區(qū)內(nèi)，由于0 總結(jié)：以上三種PWM調(diào)制方，無(wú)論是上半橋斬波或是下半橋斬波，截止相都會(huì)產(chǎn)生續(xù)流，導(dǎo)致其余兩相電流產(chǎn)生波動(dòng)電流波動(dòng)的頻率與斬波頻率一致，且電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，電流波動(dòng)越大如果采用全橋斬波，則始終是兩相導(dǎo)通，截止相不會(huì)產(chǎn)生續(xù)流，并且電機(jī)中性點(diǎn)電壓在電機(jī)運(yùn)行期間始終不會(huì)改變，電流波動(dòng)小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也較小。雖然在相同的帶寬以及運(yùn)行工況下，全橋斬波的斬波頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前兩種斬波方式，損耗也較大，但是，全橋斬波仍不失為一種較好的斬波方式3回饋制動(dòng)方法及其原理作為推進(jìn)系統(tǒng)的永磁無(wú)刷直流電機(jī)，除了要求能夠四象限平穩(wěn)運(yùn)行外，制動(dòng)的時(shí)候應(yīng)該盡量回饋能量，以增加蓄電池的使用時(shí)間與電動(dòng)工況不同，逆變橋的6個(gè)開關(guān)元件中，上半橋元件始終截止，下半橋的3個(gè)元件進(jìn)行PWM調(diào)制，這樣構(gòu)成一個(gè)升壓斬波電路以中的1- 2扇區(qū)為例，此時(shí)T4進(jìn)行PWM調(diào)制，其它的開關(guān)元件全部處于截止?fàn)顟B(tài)，如回饋制動(dòng)等效電路圖在一個(gè)斬波周期內(nèi)，當(dāng)T4導(dǎo)通時(shí)，由于ea，ec的作用，在a，c兩相繞組以及T4，D2間產(chǎn)生電流ia，當(dāng)T4關(guān)斷時(shí)，電流ia經(jīng)過(guò)D1給蓄電池充電。此時(shí)電樞繞組內(nèi)電流方向與電動(dòng)時(shí)相反，可知電磁功率為負(fù)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，蓄電池為吸收功率，電動(dòng)機(jī)將機(jī)械能量轉(zhuǎn)換為電能回饋給電池回饋制動(dòng)的實(shí)質(zhì)，就是在T4管導(dǎo)通的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存在電機(jī)繞組中；在T4截止的時(shí)候，將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能以及儲(chǔ)存在電機(jī)繞組中的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)電感升壓斬波的作用，將能量回饋給蓄電池由于電樞電流方向與反電勢(shì)方向相反，因而電機(jī)發(fā)出功率，獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動(dòng)。
4計(jì)算機(jī)仿真分析用不同的PWM調(diào)制方式對(duì)一臺(tái)永磁無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)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，下半橋以及全橋載波的工況下，電流波形分別如下所示由三圖可以看出，上半橋或下半橋載波方式下，由于截止相的續(xù)流作用，使得電機(jī)正常導(dǎo)通相的電流每60*都有一次較大的波動(dòng)。上半橋載波時(shí)，流入相繞組的電流波動(dòng)較大；下半橋載波時(shí)，電流波動(dòng)較大，全橋載波時(shí)，電流波動(dòng)明顯比前兩種方式小，因而轉(zhuǎn)脈波動(dòng)也小得多，從而證明了前面的分柝全橋載波在電動(dòng)狀態(tài)下有更小的波動(dòng)電流，是一種較為理想的載波方式制動(dòng)電流設(shè)置為30A在電機(jī)起動(dòng)正常運(yùn)行0. 5秒之后馬上進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)分別為電機(jī)由起動(dòng)到制動(dòng)時(shí)a相電流以及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速波形。其中，在電動(dòng)時(shí)PWM調(diào)制方式為下半橋載波，從靜止運(yùn)行0.5秒之后，轉(zhuǎn)入制動(dòng)狀態(tài)。
轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速仿真波形由圖可以看到，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)入制動(dòng)狀態(tài)后，此時(shí)a相電流馬上發(fā)生變化，與電動(dòng)狀態(tài)的電流方向相反，因而轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨?fù)值，使得電機(jī)迅速制動(dòng)。