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永磁無刷直流電機PWM調制方式研究

文章來源:未知人氣:发表时间:2017-11-30 15:01

  永磁無刷直流電機PWM調制方式研究袁飞雄黄声华李朗如(华中科技大学,湖北武汉流波动最小,转矩脉动最小的结论。又提出了一种能量回馈制动的方法,实现了电机制动时能量的回馈。

  1無刷直流電動機模型2PWM調制方式對電流的影響永磁無刷直流電機在忽略凸極效應時,定子三相繞組的自感和互感爲常數,與轉子位置無關。這時,以GND爲電位,由定子三相變量建立的模型如下:對永磁無刷直流電機,采用120*導通方式時,每一個周期由6個扇區組成,每個扇區各占60*每個開關元件導通120*即在連續的兩個扇區內導通爲此,共有3種不同的PWM調制方式:上半橋載波、下半橋載波以及全橋載波下面以反電勢爲梯形波且平頂寬度爲120*的永磁無刷電機爲例,說明不同的載波方式對電樞電流的影響。反電勢波形如所示。假設此時剛好電機由1-2扇區換向到2-3扇區,b,c兩相導通以下的分析都在此區間內進行。

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  基于以上等效模型的主电路结构如所示2.1上半桥载波方式电压方程为:此时中性点电压为:un=k/2.ud 0,在T3导通时,有如下电压方程:/2当T3载波时,ti~t2时间内,由于e>> 0,因而此时a相不会通过D1续流;在t2~t3时间内,由于此时ea<0,当T3截止时,un=0,ua=e+un<0,故当T3截止的时候,a相会通过D4续流,并且由于ea幅值越来越大,电流值也越来越大,电流波动的频率与T3载波频率相同。

  由于电机运行当中,截止相也续流导通,导致电机此时处于三相同时导通的状态,这将引起电机电枢绕组内的电流发生较大的波动此时,a,c两相电流与中所标电流方向一致,而b相电流则正好相反由b相流出电流分别流入到a,c两相,因而b相的电流波动此时也较大由此可知,上半桥载波时,如果以中所标电流方向为正向,则各绕组正向电流波动较大同理,在5- 6扇区,当T5载波时,在t4~t5时间内,a相绕组经过D4续流;而在t5~t6时间内,a相绕组不会有电流流过2.2下半桥载波方式在T2进行PWM斩波期间,b,c两相端电压方程为:此时中性点电压为:un=米取这种调制方式,在2- 3扇区的t1~t2时间内,由于ea> 0,因而当T2截止时,a相通过D1续流;在t2~b时间内,则不会通过D4续流与上半桥载波对应,负向电流的波动较大2.3全桥载波方式T2,T3同时进行PWM斩波时,b,c两相端电压方程如下:可得中性点电压为:un= 3扇区内,由于0

  總結:以上三種PWM調制方,無論是上半橋斬波或是下半橋斬波,截止相都會産生續流,導致其余兩相電流産生波動電流波動的頻率與斬波頻率一致,且電機轉速越高,電流波動越大如果采用全橋斬波,則始終是兩相導通,截止相不會産生續流,並且電機中性點電壓在電機運行期間始終不會改變,電流波動小,轉矩脈動也較小。

  虽然在相同的带宽以及运行工况下,全桥斩波的斩波频率远远高于前两种斩波方式,损耗也较大,但是,全桥斩波仍不失为一种较好的斩波方式3回馈制动方法及其原理作为推进系统的永磁无刷直流电机,除了要求能够四象限平稳运行外,制动的时候应该尽量回馈能量,以增加蓄电池的使用时间与电动工况不同,逆变桥的6个开关元件中,上半桥元件始终截止,下半桥的3个元件进行PWM调制,这样构成一个升压斩波电路以中的1- 2扇区为例,此时T4进行PWM调制,其它的开关元件全部处于截止状态,如回馈制动等效电路图在一个斩波周期内,当T4导通时,由于ea,ec的作用,在a,c两相绕组以及T4,D2间产生电流ia,当T4关断时,电流ia经过D1给蓄电池充电。

  此時電樞繞組內電流方向與電動時相反,可知電磁功率爲負,電磁轉矩爲制動轉矩,蓄電池爲吸收功率,電動機將機械能量轉換爲電能回饋給電池回饋制動的實質,就是在T4管導通的時候,電動機的機械能轉換爲磁場能量儲存在電機繞組中;在T4截止的時候,將電動機的機械能以及儲存在電機繞組中的磁場能量轉換爲電能,經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方向相反,因而電機發出功率,獲得制動轉矩,從而實現電機的制動。

  4计算机仿真分析用不同的PWM调制方式对一台永磁无刷直流电机进行了仿真分柝给定电流为20A,电源电压ud=400V,R= 0.02幻,0.ImH在上半桥,下半桥以及全桥载波的工况下,电流波形分别如下所示由三图可以看出,上半桥或下半桥载波方式下,由于截止相的续流作用,使得电机正常导通相的电流每60*都有一次较大的波动。

  上半桥载波时,流入相绕组的电流波动较大;下半桥载波时,电流波动较大,全桥载波时,电流波动明显比前两种方式小,因而转脉波动也小得多,从而证明了前面的分柝全桥载波在电动状态下有更小的波动电流,是一种较为理想的载波方式制动电流设置为30A在电机起动正常运行0. 5秒之后马上进入制动状态分别为电机由起动到制动时a相电流以及转矩、转速波形。其中,在电动时PWM调制方式为下半桥载波,从静止运行0.5秒之后,转入制动状态。

  轉矩和轉速仿真波形由圖可以看到,當電機轉入制動狀態後,此時a相電流馬上發生變化,與電動狀態的電流方向相反,因而轉矩變爲負值,使得電機迅速制動。

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