无刷直流电机回馈制动的PWM调制方式研究

第44卷

2011年第9期9月

MICROMOTORS

Vol.44．No.9Sep.2011

无刷直流电机回馈制动的PWM调制方式研究

王结飞，郭前岗，周西峰

（南京邮电大学自动化学院，南京210003）

摘

要：介绍了无刷直流电机回馈制动时的四种PWM调制方式，详细分析了四种不同的调制方式对无刷直流电机

换相过程及换相转矩脉动的影响。通过分析得出，当回馈制动时，采用PWM_OFF型调制方式时，无刷直流电机的换相过程最短、换相转矩脉动最小。仿真结果证明了结论的正确性和实用性。关键词：无刷直流电机；回馈制动；PWM调制方式；转矩脉动中图分类号：TM36+1

文献标志码：A

文章编号：1001-6848（2011）09-0058-04

StudyonPWMModesofRegenerativeBreakforBrushlessDCMotor

WANGJiefei，GUOQiangang，ZHOUXifeng

（AutomationInstitute，NanjingUniversityofPosts＆Telecommunications，Nanjing210003，China）Abstract：FourPWMmodesusedinregenerativebreakforBLDCMwereintroducedandthedifferentinflu-encesonthecommutationprogressandthecommutationtorquerippleofBLDCmotorsatthestateofregener-ativebreakwereanalyzed．ItpointsedoutthePWM-OFFtypeisthebestPWMmodetoreducethetimeof

commutationandcommutationtorqueripple．ThesimulationresultsshowthatthePWM-OFFtypeiscorrect

andpractical．

Keywords：BLDCM；regenerativebreak；PWMmode；torqueripple

落速度也会发生变化，进而影响电机换相期间的转矩脉动。下面将具体分析不同的调制方式对换相相电流和换相转矩的影响。

0引言

无刷直流电动机转子采用永磁材料励磁，体积小、重量轻、结构简单、运行可靠，且具有高效节能、易于控制等一系列优点，已广泛应用于办公自动化设备、计算机外围设备、仪器仪表和家用电器等领域，尤其在电动车领域，BLDCM已经成为电动汽车驱动的首选电机

［1－2］

1电动运行

系统主电路拓扑如图1所示。电动运行时，相

电流的导通方式采用120°导通方式，每个功率管导L_ON调通时间均为120°电角度。当采用H_PWM-制方式时，即仅对导通期内的上桥臂功率

管进行PWM调制，而另下桥臂功率管常通。功率管的开关状态取决于无刷直流电机转子的位置，转子位置通常由霍尔位置传感器获得。

。无刷直流电机的制动方

式分为机械制动和电气制动，机械制动直接将机械能转化为热能，制动方式简单可靠有效。电气制动分为回馈制动和反接制动，反接制动效果明显，但是制动过程中不但没有将机械能转化为电能回馈到供电电源，而且还需要电源提供制动电流

［3］

；而回

馈制动时，制动电流由电机自身提供，即将机械能转化为电能，同时将电能回馈至蓄电池，不仅经济环保，而且延长电池的使用时间

［2］

。

图1

主电路拓扑

在回馈制动的过程中，由于相电感的存在，无刷直流电机在换相过程中，相间换流存在延迟，换相相电流不可能瞬间降为零

［1，4］［5］

，且由于不同的调制

方式会带来不同中性点电压，非导通相的电流降

设电机电动运行时，霍尔位置传感器信号与功

12收稿日期：2010-11-作者简介：王结飞（1984），男，硕士，研究方向计算机控制与系统集成。

郭前岗（1960），男，教授，研究方向电力电子与电气传动。

9期王结飞等：无刷直流电机回馈制动的PWM调制方式研究

·59·

率管导通状态的关系如表1所示

表1HALL

电动运行时霍尔信号与功率管导通状态关系001

101T1T6

100T3T6

110T3T2

010T5T2

011T5T4

功率管T1T4

电动时，相电流、反电动势波形如图2所示。由图2可以看出，电动运行状态下，当AB相导L_ON调制方式，则仅T1接通时，若采用H_PWM-受PWM调制，T4为常通状态，此时有ea=－eb=E，ia=－ib=I，E为反电动势幅值，I为相电流大小，ec从－E变化到+E。当T1导通时，电流流向为电源正极→T1→A相→B相→T4→电源负极；当

T1关断时，电流流向为T1→A相→B相→T4→T1

。

图3

回馈制动时反电动势及相电流理想波形

但是，由于相电感的存在，在换相过程中相间换流存在延迟，换相相电流不可能瞬间降为零，换相过程中将出现转矩脉动。假设AB→AC换相时刻ea=E，eb=ec=－E，若ia恒为－I，则ib+ic=I；那么进过换相点后eb从－E线性变化到+E，ib将从I变化到0。将以上各量代入式（1）整理后可得

Te=

－2EI+（E+eb）ib

ω

（E+eb）ib

ω

（2）

其中eb和ib是随时间变化的量。则可得换相转矩脉动为ΔTe=

图2

电流及反电动势波形

换相期间ib＞0，E+eb＞0，可见，在eb不变的情况下，ib越小，制动转矩越大，即ib越快减小为零，制动转矩脉动ΔTe越小。

（1）

2.1

下面对四种调制方式进行具体分析，为了简便，文中不考虑定子绕组电阻。

下桥换相

下桥换相AB→AC，电动状态下，对T1进行PWM调制，T4关断，T6导通。回馈制动状态下，方式①和方式③有相同的续流过程，方式②和方式④有相同的续流过程。由图3可知，换相点处ea=E，eb=ec=－E，ib=－ia=I；经过换相点后，eb开始从－E变化到+E，ib从I变化到0。

方式①和方式③：对T2进行PWM调制且占空比为D，D1在T2关断时导通其占空比为1－D；D4由续流逐渐变为截止，D6开始导通。当－E＜eb＜0，对应的电压方程式为

无刷直流电机产生的电磁转矩为

eaia+ebib+ecic

Te=

ω

式中，ω为电机角速度；

电动运行时，反电势与相电流同向，Te＞0。电机消耗直流侧电能转化成机械能。

2回馈制动

当无刷直流电机处在回馈制动状态时，相电流的采用120°导通方式，采用的调制方式有：方式①（H_OFF-L_PWM）；方式②（H_PWM-L_OFF）；方式③

（OFF-PWM）；方式④（PWM-OFF）。表2列出了各调制方式中功率管的开通状态与霍尔信号的对应关系。

表2HALL方式①方式②方式③方式④

功率管开通状态与霍尔信号的关系001T2T3T3T2

101T2T5T2T5

100T4T5T5T4

110T4T1T4T1

010T6T1T1T6

011T6T3T6T3

{

式中，ULa=L

（1－D）Ud=ULa+ea+UN0=ULb+eb+UN0=ULc+ec+UN

（3）

回馈制动时，理想的反电动势、相电流波形如图3所示。

当回馈制动时，反电动势与相电流反向，由式（1）可知，此时的Te＜0。

由图3可得理想回馈制动状态下无刷直流电机

－2EI

。的制动转矩为Te=ω

diadibdic

，ULb=L，ULc=L；UN为无dtdtdt

刷直流电机中性点电压；

由ia+ib+ic=0，可得ULa+ULb+ULc=0所以得UN=

（1－D）Ud－eb

，则

3

·60·

2（1－D）Ud+eb

－E（4）

3

（1－D）Ud+2eb

ULb=－（5）

3

（D－1）Ud+eb

ULc=（6）+E

3

由式（2），为了减小换相转矩脉动，需要令B相电流尽快减小为零，由式（5）可知，只能通过减小占空比的方法，但同时也使C相电流增速变慢。

方式②和方式④：对上管T5进行PWM调制且占空比为D，D1常通，D4续流，D6在D5关断时导通其占空比为1 …… 此处隐藏：4248字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……