5.19 关于无刷直流电机 SPWM 三相电压型全桥逆变

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5.19 关于无刷直流电机 SPWM 三相电压型全桥逆变

2023-07-06 16:06| 来源: 网络整理| 查看: 265

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还不太清楚方波控制是什么意思? 应该就是电流波形是方波

方波控制使用霍尔传感器或者无感估算算法获得电机转子的位置,然后根据转子的位置在360°的电气周期内,进行6次换向(每60°换向一次)。每个换向位置电机输出特定方向的力,因此可以说方波控制的位置精度是电气60°。

由于在这种方式控制下,电机的相电流波形接近方波,所以称为方波控制。

方波控制方式的优点是控制算法简单、硬件成本较低,使用性能普通的控制器便能获得较高的电机转速;缺点是转矩波动大、存在一定的电流噪声、效率达不到最大值。方波控制适用于对电机转动性能要求不高的场合。

无刷直流电机是用方波来和三角波比较来控制开关管么? 好像不是 好像还是正弦波和三角波进行比较不确定 与三角波比较的信号从哪里来?

无刷直流电机的反电势是梯形波 E=BLV 磁感应强度是梯形波,所以反电势也是梯形波,而且随着速度增大梯形波幅值也会相应增大 永磁同步电机的反电势是正弦波

正弦波控制方式 使用的是SVPWM波,输出的是3相正弦波电压,通过对电机绕组施加一定的电压,使电机绕组中产生正弦电流,通过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。与传统的方波控制相比,电机相电流为正弦,且连续变化,无换相电流突变,因此电机运行噪声低。相应的电流也是正弦波电流。这种方式没有方波控制换向的概念,或者认为一个电气周期内进行了无限多次的换向。显然,正弦波控制相比方波控制,其转矩波动较小,电流谐波少,控制起来感觉比较“细腻”,但是对控制器的性能要求稍高于方波控制,而且电机效率不能发挥到最大值。

FOC控制 正弦波控制实现了电压矢量的控制,间接实现了电流大小的控制,但是无法控制电流的方向。FOC控制方式可以认为是正弦波控制的升级版本,实现了电流矢量的控制,也即实现了电机定子磁场的矢量控制。 由于控制了电机定子磁场的方向,所以可以使电机定子磁场与转子磁场时刻保持在90°,实现一定电流下的最大转矩输出。FOC控制方式的优点是:转矩波动小、效率高、噪声小、动态响应快;缺点是:硬件成本较高、对控制器性能有较高要求,电机参数需匹配。

SPWM调制指的是,给IGBT三相桥的六路触发脉冲是由正弦波和三角波比较的来的,一般三角波的频率在1000HZ左右,且在控制过程中频率是不变的;通过调节正弦波的幅值、相位和频率,就可以调节输入到电机定子侧的电压的大小和频率,达到变频调速的目的,显然这个调节的过程是通过调正弦波来实现的,所以叫做正弦脉宽调制。 (简单来说就是想要输出正弦波来控制电机,但输入是直流电,所以需要经过三相电压型逆变电路进行逆变,只有开通开关管才能使直流电压通过开关管输出给电机,控制开关管的导通与关断的信号是方波信号,是由正弦波和三角波比较得来的,三角波一般不变,输入到电机定子端的电压近似正弦波,想要改变输出电压的大小可以通过调节载波正弦波的幅值相位和频率来实现,就能调节电机的转速和扭矩,这就是实现了变频调速的功能)

PWM的全称是Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制),它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制,比如电动车电机调速就是使用这种方式。 脉宽调制(PWM)基本原理:控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等的脉冲(方波信号),用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。 (简单来说PWM就是输出方波信号来代替正弦波霍所需要的波形,这些方波信号的占空比可以调节输出电压大小,方波信号来控制开关管的导通与关断)

所谓SPWM,就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式,脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列,这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等,比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出,在变频器领域被广泛的采用。 (简单来说SPWM就是用正弦波来和三角波比较输出一个方波信号,这个方波信号控制开关管导通与关断,直流电源也相应输出占空比相等的方波信号,这个方波信号的作用就等效于正弦波的作用)

1。电流型逆变电路的特点: 电流型逆变器的直流电源经大电感滤波,直流电源可近似看作恒流源。逆变器输出电流为矩形波,输出电压近似看为正弦波,抑制过电流能力强,特别适合用于频繁加、减速的启动型负载。

2。电压型逆变电路的特点: 电压型逆变器的直流电源经大电容滤波,故直流电源可近似看作恒压源,逆变器输出电压为矩形波,输出电流近似正弦波,抑制浪涌电压能力强,频率可向上、向下调节,效率高,适用于负载比较稳定的运行方式。

三相全桥电压型逆变电路 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 由上图可以看出输出线电压为方波,电流为近似正弦波

matlab中电流表在simscape-powersystems -specialized technology -fundamental blocks -measurements

逆变是直流电压变成交流电压输出,输出的交流电压并不一定是正弦波,只要方向改变就属于的交流电 由上图输出的相电压Uun是方波,方向改变了也属于是交流电 输出的线电压Uuv也是方波,方向改变了也属于交流电 在这里插入图片描述 120°导通模式也有六种组合数,一个周期360度,所以每个组合要导通60度即每隔60度换相一次,每个管子一个周期导通两次,所以每个管一周期导通120°。 在这里插入图片描述 180度导通模式:相电压为6阶梯形波,线电压为矩形波

120度导通模式:相电压为矩形波,线电压为6阶梯形波

在这里插入图片描述 由上图的相电压Uao Ubo Uco 就可以看出六个开关管的导通波形,所以反过来给六个开关管施加相应的导通顺序就可以得到上图所示的相电压和线电压波形,就实现了逆变。

下面信号和仿真中的count信号一样,都是一样的顺序,一样的位置。

用霍尔元件采集转子信号时,三个霍尔一周期有六组信号,每组信号分别对应着相应的两个开关管导通,所以通过检测到霍尔信号就能知道导通关断哪个开关管,就能得到下图所示这样的导通信号。这样的信号通入到逆变桥中比如导通1和6,u相和v相就有电流,产生磁场与转子磁场作用使转子旋转,然后导通1和2,u相和w相有电流,产生磁场与转子磁场作用使转子旋转。以此类推。。。

不用霍尔信号就需要检测反电势过零点信号,延迟三十度后就进行换相。可以通过检测是哪一相反电势过零点推断出是哪两个开关管导通。 在这里插入图片描述

在这里插入图片描述在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 无刷电机仿真出来的线电压波形怎么不太一样??因为上面是120度导通下面是180度导通 在这里插入图片描述 三相电压型全桥逆变电路仿真图波形 180度导通方式 Uao波形把峰值部分补充满就是上面第一个图 怎么得到的呢

在这里插入图片描述 上面的正弦波是调制波,生成的PWM信号控制第一个桥臂的上下管导通 下面的是逆变后的输出信号,是相电压Uao的信号 可以发现:调制波是什么信号,则输出的相电压大体上就近似该信号,相位都相同,这就说明了调制信号决定着输出信号的大致形状 ’在这里插入图片描述 如果把调制信号变成方波生成的PWM控制第一个桥臂的上下管,则输出相电压Uao也是方波

但次数 但此时调制波形2的输出就发生了畸变,查资料没找到,所以我推测三路调制信号的幅值相位和波形还是是要有一定要求的



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