專利名稱：應用于永磁無刷直流電機的脈沖寬度調制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于永磁無刷直流電機的脈沖寬度調制方法。
背景技術：
現有的用于永磁無刷直流電機(定子繞組星形連接)的PWM(Pulse WidthModulation)調制技術，當電機使用三相半橋逆變器驅動并且工作于120度導通方式下時，會在非換相期間，使非導通相的端電壓高于直流母線電壓或者低于零電壓，進而引起非導通相產生續(xù)流電流，加劇電機電磁轉矩脈動。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對上述已有PWM調制方法存在的不足，提供一種應用于永磁無刷直流電機的脈沖寬度調制方法，即PWM_ON_PWM(脈寬調制_恒通_脈寬調制)調制方法，消除非換相期間非導通相上的續(xù)流電流，增加電機運行的平穩(wěn)性，減小電機運行時的電磁轉矩脈動問題。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下具有梯形波反電動勢波形的永磁無刷直流電機，采用三相半橋式主電路驅動，電機工作于120度電角度方式下；上橋臂三個，下橋臂三個即六個開關管中，每一個開關管觸發(fā)脈沖寬度均為120°電角度，相位互差60°電角度，即每隔60°電角度換相一次；換相信號由安裝在電機上的霍爾傳感器輸出的方波信號決定；對于每一只開關管，其觸發(fā)脈沖寬度為120°電角度，觸發(fā)脈沖的前30°即0～30°進行脈寬調制，30°時為一個對應的非導通相上的反電動勢過零點；30～90°保持恒通，90°時為另一個對應的非導通相上的反電動勢過零點；在90～120°區(qū)間進行脈寬調制；這就是一只開關管上的脈寬調制_恒通_脈寬調制方法的形成過程；其他5只開關管的調制方法與之相同。
本發(fā)明與現有技術相比，具有的有益的效果是它采用脈寬調制_恒通_脈寬調制(PWM_ON_PWM)調制方法，消除非換相期間非導通相上的續(xù)流電流，增加電機運行的平穩(wěn)性，減小電機運行時的電磁轉矩脈動問題。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是本發(fā)明提出的PWM_ON_PWM調制方法示意圖；圖2是采用傳統(tǒng)的PWM_ON調制方法和本發(fā)明提出的PWM_ON_PWM調制方法時仿真得到的相電流波形(上)和電磁轉矩波形(下)；圖3是采用傳統(tǒng)的PWM_ON調制方法和本發(fā)明提出的PWM_ON_PWM調制方法時實際測試電機相電流波形。
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明提出的PWM_ON_PWM調制方法示意圖。其中陰影部分為進行PWM調制的區(qū)域。圖中T1～T6分別表示對應開關管的觸發(fā)脈沖波形；粗虛線PA、PB、PC分別表示無刷直流電機霍爾轉子位置傳感器輸出的位置信號；eA、eC分別表示A和C相上的反電動勢波形；對于每只開關管觸發(fā)脈沖而言，調制區(qū)域為前30度和后30度，中間60度不調制，保持恒通。以T3管為例說明實現的方法，其他開關管觸發(fā)脈沖實現原理與之相同。
在霍爾轉子位置傳感器輸出PB信號的上升沿，即t1時刻，T1開關管關斷，T3開關管開通并進行PWM調制，T2開關管仍然保持恒通；當轉子位置到達t2時刻，即A相反電動勢過零時，T3開關管停止PWM調制，保持恒通狀態(tài)，同時T2開關管開始進行PWM調制；到達t3時刻，即換相時刻(PA下降沿)，T2管關斷，同時T4管開通并進行PWM調制，而T3管仍然保持恒通；到達t4時刻，即反電動勢eC過零時，T4管停止PWM調制，保持恒通，同時T3管由原來的恒通狀態(tài)轉變?yōu)殚_始PWM調制；這種狀態(tài)一直持續(xù)到下一個換相時刻t5，即PC信號的上升沿到來時刻，T3管關斷，T5管開通并進行PWM調制，T4管依然保持恒通；到此，形成了一次T3管完整的觸發(fā)脈沖。
依據上述原理，對其他的5只開關管的觸發(fā)脈沖進行同樣的處理，就可實現本發(fā)明的目的。
與現有PWM調制方法相比，本發(fā)明調制方法可以在相同的開關功耗下，穩(wěn)態(tài)時，在非換相期間，非導通相繞組端電壓不會高于直流母線電壓和低于零電壓，完全消除非導通相二極管續(xù)流現象，減小電磁轉矩脈動。根據對無刷直流電機換相期間電磁轉矩脈動分析研究表明，換相期間開通管進行PWM調制產生的換相電磁轉矩脈動要比非換相管進行PWM調制產生的換相電磁轉矩脈動要小；而本發(fā)明屬于開通管進行PWM調制的情況。綜合來看，本發(fā)明既能完全消除非換相期間非導通相的續(xù)流，減小非換相期間的電磁轉矩脈動，又屬于換相期間電磁轉矩脈動較小的一類調制方法，減小換相轉矩脈動；因此，本發(fā)明是一種比傳統(tǒng)的PWM調制方法更優(yōu)的調制方法，對于提高電機運行性能具有重要意義，具有很高的應用價值。
實際效果如下所述
圖2為選取了一種傳統(tǒng)的PWM調制方法(PWM_ON)和本發(fā)明提出的調制方法時仿真得到的相電流波形(上)和電磁轉矩波形(下)。圖中a)為采用傳統(tǒng)的PWM_ON(前60度PWM調制，后60度恒通)時仿真得到的相電流波形(上圖)和對應的電磁轉矩波形(下圖)。相電流波形中畫圈的地方就是具有續(xù)流電流的地方；電磁轉矩波形中畫圈的地方就是由于續(xù)流電流而引起的電磁轉矩脈動的地方；圖2b)所示為采用本發(fā)明提出的PWM_ON_PWM調制方法時，仿真得到的相電流波形(上圖)和對應的電磁轉矩波形；相電流波形中畫圈的地方沒有如圖a)中所示的續(xù)流電流；而電磁轉矩波形的脈動程度也比a)中的小很多。
圖3所示為兩種調制方法下實際測試電機相電流波形。a)為采用傳統(tǒng)的PWM_ON調制方法時測得的相電流波形，圖中畫圈的地方就是具有續(xù)流的地方；b)為采用本發(fā)明提出的PWM_ON_PWM調制方法時實際測試得到的相電流波形，與圖a)相比，圖中畫圈的地方并沒有續(xù)流發(fā)生。
權利要求
1一種應用于永磁無刷直流電機的脈沖寬度調制方法，其特征在于具有梯形波反電動勢波形的永磁無刷直流電機，采用三相半橋式主電路驅動，電機工作于120度電角度方式下；上橋臂三個，下橋臂三個即六個開關管中，每一個開關管觸發(fā)脈沖寬度均為120°電角度，相位互差60°電角度，即每隔60°電角度換相一次；換相信號由安裝在電機上的霍爾傳感器輸出的方波信號決定；對于每一只開關管，其觸發(fā)脈沖寬度為120°電角度，觸發(fā)脈沖的前30°即0～30°進行脈寬調制，30°時為一個對應的非導通相上的反電動勢過零點；30～90°保持恒通，90°時為另一個對應的非導通相上的反電動勢過零點；在90～120°區(qū)間進行脈寬調制；這就是一只開關管上的脈寬調制_恒通_脈寬調制方法的形成過程；其他5只開關管的調制方法與之相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用于永磁無刷直流電機的脈沖寬度調制方法。針對現有PWM調制方法存在的不足，提出一種PWM調制方法，PWM_ON_PWM(脈寬調制_恒通_脈寬調制)調制方法，該調制方法適用于無刷直流電機工作于120°電角度方式下，在每只開關管120°觸發(fā)脈沖寬度內，前30°區(qū)間進行脈寬調制，中間60°區(qū)間保持恒通，后30°區(qū)間進行脈寬調制；采用該調制方法，可以完全消除非換相期間非導通相上的續(xù)流電流，增加電機運行的平穩(wěn)性，減小電機運行時的電磁轉矩脈動問題。
文檔編號H02P7/29GK1555130SQ200310122909
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權日2003年12月26日
發(fā)明者張仲超, 韋鯤 申請人:浙江大學