CN1269304C - 应用于永磁无刷直流电机的脉冲宽度调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于永磁无刷直流电机的脉冲宽度调制方法。针对现有PWM调制方法存在的不足，提出一种PWM调制方法，PWM_ON_PWM(脉宽调制_恒通_脉宽调制)调制方法，该调制方法适用于无刷直流电机工作于120°电角度方式下，在每只开关管120°电角度触发脉冲宽度内， 触发脉冲宽度的前30°电角度区间进行脉宽调制，触发脉冲宽度的中间60°电角度区间保持恒通，触发脉冲宽度的后30°电角度区间进行脉宽调制；采用该调制方法，可以完全消除非换相期间非导通相上的续流电流，增加电机运行的平稳性，减小电机运行时的电磁转矩脉动问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于永磁无刷直流电机的脉冲宽度调制方法。
背景技术
现有的用于永磁无刷直流电机(定子绕组星形连接)的PWM(Pulse WidthModulation)调制技术，当电机使用三相半桥逆变器驱动并且工作于120度导通方式下时，会在非换相期间，使非导通相的端电压高于直流母线电压或者低于零电压，进而引起非导通相产生续流电流，加剧电机电磁转矩脉动。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有PWM调制方法存在的不足，提供一种应用于永磁无刷直流电机的脉冲宽度调制方法，即PWM_ON_PWM(脉宽调制_恒通_脉宽调制)调制方法，消除非换相期间非导通相上的续流电流，增加电机运行的平稳性，减小电机运行时的电磁转矩脉动问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
具有梯形波反电动势波形的永磁无刷直流电机，采用三相半桥式主电路驱动，电机工作于120°电角度方式下；上桥臂三个和下桥臂三个即总共六个开关管中，每一个开关管触发脉冲宽度均为120°电角度，相位互差60°电角度，即每隔60°电角度换相一次；换相信号由安装在电机上的霍尔传感器输出的方波信号决定；对于每一只开关管，其触发脉冲宽度为120°电角度，触发脉冲宽度的前30°电角度即0～30°电角度进行脉宽调制，触发脉冲宽度的30°电角度时为一个对应的非导通相上的反电动势过零点；触发脉冲宽度的30～90°电角度保持恒通，触发脉冲宽度的90°电角度时为另一个对应的非导通相上的反电动势过零点；在触发脉冲宽度的90～120°电角度区间进行脉宽调制；这就是一只开关管上的脉宽调制_恒通_脉宽调制方法的形成过程；其他5只开关管的调制方法与之相同。
本发明与现有技术相比，具有的有益的效果是：它采用脉宽调制_恒通_脉宽调制(PWM_ON_PWM)调制方法，消除非换相期间非导通相上的续流电流，增加电机运行的平稳性，减小电机运行时的电磁转矩脉动问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明提出的PWM_ON_PWM调制方法示意图；
图2是采用传统的PWM_ON调制方法和本发明提出的PWM_ON_PWM调制方法时仿真得到的相电流波形(上)和电磁转矩波形(下)；
图3是采用传统的PWM_ON调制方法和本发明提出的PWM_ON_PWM调制方法时实际测试电机相电流波形。
具体实施方式
图1为本发明提出的PWM_ON_PWM调制方法示意图。其中阴影部分为进行PWM调制的区域。图中T1～T6分别表示对应开关管的触发脉冲波形；粗虚线PA、PB、PC分别表示无刷直流电机霍尔转子位置传感器输出的位置信号；eA、eC分别表示A和C相上的反电动势波形；对于每只开关管触发脉冲而言，调制区域为触发脉冲宽度的前30°电角度和触发脉冲宽度的后30°电角度，触发脉冲宽度的中间60°电角度不调制，保持恒通。以T3管为例说明实现的方法，其他开关管触发脉冲实现原理与之相同。
在霍尔转子位置传感器输出PB信号的上升沿，即t1时刻，T1开关管关断，T3开关管开通并进行PWM调制，T2开关管仍然保持恒通；当转子位置到达t2时刻，即A相反电动势过零时，T3开关管停止PWM调制，保持恒通状态，同时T2开关管开始进行PWM调制；到达t3时刻，即换相时刻(PA下降沿)，T2管关断，同时T4管开通并进行PWM调制，而T3管仍然保持恒通；到达t4时刻，即反电动势eC过零时，T4管停止PWM调制，保持恒通，同时T3管由原来的恒通状态转变为开始PWM调制；这种状态一直持续到下一个换相时刻t5，即PC信号的上升沿到来时刻，T3管关断，T5管开通并进行PWM调制，T4管依然保持恒通；到此，形成了一次T3管完整的触发脉冲。
依据上述原理，对其他的5只开关管的触发脉冲进行同样的处理，就可实现本发明的目的。
与现有PWM调制方法相比，本发明调制方法可以在相同的开关功耗下，稳态时，在非换相期间，非导通相绕组端电压不会高于直流母线电压和低于零电压，完全消除非导通相二极管续流现象，减小电磁转矩脉动。根据对无刷直流电机换相期间电磁转矩脉动分析研究表明，换相期间开通管进行PWM调制产生的换相电磁转矩脉动要比非换相管进行PWM调制产生的换相电磁转矩脉动要小；而本发明属于开通管进行PWM调制的情况。综合来看，本发明既能完全消除非换相期间非导通相的续流，减小非换相期间的电磁转矩脉动，又属于换相期间电磁转矩脉动较小的一类调制方法，减小换相转矩脉动；因此，本发明是一种比传统的PWM调制方法更优的调制方法，对于提高电机运行性能具有重要意义，具有很高的应用价值。
实际效果如下所述：
图2为选取了一种传统的PWM调制方法(PWM_ON)和本发明提出的调制方法时仿真得到的相电流波形(上)和电磁转矩波形(下)。图中a)为采用传统的PWM_ON(触发脉冲宽度的前60°电角度PWM调制，触发脉冲宽度的后60°电角度恒通)时仿真得到的相电流波形(上图)和对应的电磁转矩波形(下图)。相电流波形中画圈的地方就是具有续流电流的地方；电磁转矩波形中画圈的地方就是由于续流电流而引起的电磁转矩脉动的地方；图2b)所示为采用本发明提出的PWM_ON_PWM调制方法时，仿真得到的相电流波形(上图)和对应的电磁转矩波形；相电流波形中画圈的地方没有如图a)中所示的续流电流；而电磁转矩波形的脉动程度也比a)中的小很多。
图3所示为两种调制方法下实际测试电机相电流波形。a)为采用传统的PWM_ON调制方法时测得的相电流波形，图中画圈的地方就是具有续流的地方；b)为采用本发明提出的PWM_ON_PWM调制方法时实际测试得到的相电流波形，与图a)相比，图中画圈的地方并没有续流发生。
Claims (1)
1、一种应用于永磁无刷直流电机的脉冲宽度调制方法，其特征在于：具有梯形波反电动势波形的永磁无刷直流电机，采用三相半桥式主电路驱动，电机工作于120°电角度方式下；上桥臂三个和下桥臂三个即总共六个开关管中，每一个开关管触发脉冲宽度均为120°电角度，相位互差60°电角度，即每隔60°电角度换相一次；换相信号由安装在电机上的霍尔传感器输出的方波信号决定；对于每一只开关管，其触发脉冲宽度为120°电角度，触发脉冲宽度的前30°电角度即0～30°电角度进行脉宽调制，触发脉冲宽度的30°电角度时为一个对应的非导通相上的反电动势过零点；触发脉冲宽度的30～90°电角度保持恒通，触发脉冲宽度的90°电角度时为另一个对应的非导通相上的反电动势过零点；在触发脉冲宽度的90～120°电角度区间进行脉宽调制；这就是一只开关管上的脉宽调制_恒通_脉宽调制方法的形成过程；其他5只开关管的调制方法与之相同。
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