選擇合適的 PWM 技術(shù)取決于我們使用的電機(jī)類型介紹

那么，哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機(jī)控制應(yīng)用?希望到現(xiàn)在為止，您已經(jīng)了解 PWM 過(guò)程的用途有多么廣泛，以及該過(guò)程中的細(xì)微變化如何對(duì)電機(jī)性能產(chǎn)生巨大影響。在之前有關(guān)該主題的文章中，我僅討論了適用于 H 橋中直流電機(jī)的技術(shù)。但在這篇文章中，讓我們將討論擴(kuò)展到多相電機(jī)。要將這些技術(shù)應(yīng)用于三相逆變器，我們所要做的就是再添加一個(gè)半橋。

現(xiàn)在我們有了可以驅(qū)動(dòng)交流感應(yīng)電機(jī)、PM 同步電機(jī)、IPM 電機(jī)和 BLDC 電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然而，我們選擇的 PWM 技術(shù)將取決于我們使用的電機(jī)類型。對(duì)于 BLDC 電機(jī)，我們可以將上述三相逆變器視為三個(gè)獨(dú)立 H 橋的組合：Q1、Q2、Q3、Q4，或 Q3、Q4、Q5 Q6，或 Q1、Q2、Q5、Q6。為了使 BLDC 電機(jī)換向，我們將在任何給定時(shí)間僅使用這三種 H 橋配置中的一種。選擇哪種 H 橋組合取決于我們要驅(qū)動(dòng)哪兩個(gè)相位，以及我們要在每個(gè)換向間隔關(guān)閉哪個(gè)相位。因此，我們?cè)?H 橋中的有刷直流電機(jī)上討論的所有 PWM 拓?fù)湟策m用于 BLDC 電機(jī)。

當(dāng)您想要通過(guò)監(jiān)控電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)控制無(wú)傳感器模式下的電機(jī)時(shí)，為 BLDC 電機(jī)選擇 PWM 拓?fù)鋾r(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)額外的限制條件。在大多數(shù)情況下，我們想要測(cè)量未通電相相對(duì)于電機(jī)內(nèi)部中性節(jié)點(diǎn)的反電動(dòng)勢(shì)電壓。反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)僅在該特定相未通電且 PWM 處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)。根據(jù)用于對(duì)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行采樣的 ADC，這對(duì) PWM 值提出了最小脈沖寬度要求，進(jìn)而限制了電機(jī)可以達(dá)到的最小空載速度。事實(shí)上，我們討論過(guò)的所有單極 PWM 都會(huì)表現(xiàn)出同樣的局限性。

下圖顯示了相同的場(chǎng)景，但使用了4Q 雙極 PWM?。隨著空載速度接近零，施加的電機(jī)電壓也接近零，脈沖寬度接近百分之五十。因此，雙極 PWM 的 ADC 采樣沒(méi)有最低速度限制。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是反電動(dòng)勢(shì)電壓在兩種PWM 狀態(tài)下都可見(jiàn)，而不僅僅是一個(gè)。

我列表中的其他多相電機(jī)是交流電機(jī)，它們通常需要由三相正弦波驅(qū)動(dòng)。這意味著所有三相都同時(shí)由 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)，并且沒(méi)有我們關(guān)閉其中一相的任何換向周期。在這種情況下，最常用的調(diào)制技術(shù)是“中心對(duì)齊”PWM，如之前關(guān)于4Q 單極 PWM的文章中所述。

頂部面板中的圖顯示疊加在三角波載波頂部的正弦調(diào)制波形。接下來(lái)的兩個(gè)繪圖面板顯示了生成的 A 相和 C 相 PWM 波形。這些是施加到 A 相和 C 相電機(jī)端子的實(shí)際電壓波形。但請(qǐng)記住，電機(jī)是浮動(dòng)負(fù)載，因此它會(huì)對(duì)其端子上的波形差異做出響應(yīng)，就像 H 橋中的有刷直流電機(jī)所做的那樣。因此，在繞組 A 和 C 上可以看到單極 PWM 波形，如下圖所示。然而，好奇的人會(huì)想知道為什么 PWM 載波頻率沒(méi)有完全加倍，就像將相同的 PWM 技術(shù)應(yīng)用于直流電機(jī)時(shí)一樣。來(lái)自我們上一篇文章，我們了解到，為了實(shí)現(xiàn)完美的載波倍頻，必須滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

1. 兩個(gè) PWM 信號(hào)必須居中對(duì)齊。(看起來(lái)我們已經(jīng)達(dá)到了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。)

2. 兩個(gè) PWM 信號(hào)必須由極性相等、極性相反的調(diào)制波形產(chǎn)生。(哎呀。這就是問(wèn)題所在。應(yīng)用程序要求它們必須相隔 120 度，而不是調(diào)制波形異相 180 度，所有三相電機(jī)都是這種情況。)

既然我們有三個(gè)連續(xù)的 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)一個(gè)三相逆變器，其他幾個(gè)有趣的可能性就會(huì)出現(xiàn)。例如，與正弦波形相比，我們能否在調(diào)制波形中添加共模分量以增加最大有效電機(jī)電壓?我們能否改變開(kāi)關(guān)順序以產(chǎn)生相同的有效電機(jī)電壓，但減少開(kāi)關(guān)損耗?你可能會(huì)通過(guò)我構(gòu)建每個(gè)問(wèn)題的方式看出答案顯然是“是的”。但這是稍后文章的主題，當(dāng)我們談到空間矢量調(diào)制時(shí)。

在本系列的下一篇也是最后一篇文章中，我想回到再生主題并對(duì)比實(shí)現(xiàn)直流和交流電機(jī)再生的不同要求。