对于桥式电路结构的三相无刷直流电动机,参见第4章的图4-10,PWM调制方式通常分为全桥调制和半桥调制两大类型。对全桥调制逆变桥所有功率开关V1~V6都进行脉宽调制。在任意时刻,只对逆变桥的上半桥V1、V3、V5(或下半桥V2、V4、V6)进行脉宽调制,称为半桥调制。全桥调制方式功率管的开关损耗是半桥调制方式的2倍,降低了控制器的效率。
参考文献[8,9]分析了换相转矩波动与PWM调制方式的关系,得出结论:在相同的平均电磁转矩下,半桥调制方式比全桥调制方式的稳态转矩波动小,在相同的PWM占空比及相同的母线电压下,半桥调制方式的绕组电流稳态值要大于全桥调制方式的绕组电流稳态值。因此半桥调制方式的PWM调制得到了更为广泛的应用。
对于半桥调制,又分为“不对称半桥调制”和“对称半桥调制”。不对称半桥调制是指6个状态始终只对上桥臂或只对下桥臂的功率管进行PWM调制。对称半桥调制是指将每一个功率管的开关状态分为两个不同阶段,前60°保持全通(或调制),后60°进行调制(或全通),即上下桥臂对称调制。也就是说,6个功率管轮换进行PWM调制,每个导通状态对应一个功率管斩波。这样,半桥调制方式可以分为H-pwm-L-on、H-on-L-pwm、on-pwm和pwm-on四种PWM调制方式。换相转矩波动的大小随着调制方式的不同而不同。当无刷直流电机反电动势为梯形波,系统采用两两导通、三相六状态的120°导通方式时,四种半桥PWM调制方式的输出波形如图9-10所示。
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图9-10 四种半桥PWM调制方式的波形
a)H-pwm-L-on b)H-on-L-pwm c)on-pwm d)pwm-on
研究表明,在四种半桥调制调制方式中,pwm-on调制方式(即前60°调制,后60°全通)的换相转矩波动最低,因而采用pwm-on半桥调制方式可减小无刷直流电机的换相转矩波动,有利于提高系统伺服精确度。在此半桥调制方式再采用补偿电流法可有效抑制换相转矩波动,可使转矩脉动的幅值减小57.1%。
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