1、PWM調(diào)制方式對(duì)換相期間電磁轉(zhuǎn)矩的影響

對(duì)于橋式電路結(jié)構(gòu)的三相直流無(wú)刷電機(jī)，PWM調(diào)制方式通常分為全橋調(diào)制和半橋調(diào)制兩大類型。對(duì)全橋調(diào)制逆變橋所有功率開關(guān)V₁～V₆。都進(jìn)行脈寬調(diào)制。在任意時(shí)刻、只對(duì)逆變橋的上半橋V₁、V₃、V₅(或下半橋V₂、V₄、V₆)進(jìn)行脈寬制，稱為半橋調(diào)制。全橋調(diào)制方式功率管的開關(guān)損耗是半橋調(diào)制方式的2倍，降低了控制器的效率。

分析了換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與PWM調(diào)制方式的關(guān)系，得出結(jié)論：在相同的平均電磁轉(zhuǎn)矩下、半橋調(diào)制方式比全橋調(diào)制方式的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，在相同的PWM占空比及相同的母線電壓下，半橋調(diào)制方式的繞組電流穩(wěn)態(tài)值要大于全橋調(diào)制方式的繞組電流穩(wěn)態(tài)值。因此半橋調(diào)制方式的PWM調(diào)制得到了更為廣泛的應(yīng)用。

對(duì)于半橋調(diào)制，又分為“不對(duì)稱半橋調(diào)制”和“對(duì)稱半橋調(diào)制”。不對(duì)稱半橋調(diào)制是指6個(gè)狀態(tài)始終只對(duì)上橋臂或只對(duì)下橋臂的功率管進(jìn)行PWM調(diào)制。對(duì)稱半橋調(diào)制是指將每個(gè)功率管的開關(guān)狀態(tài)分為兩個(gè)不同階段，前60°保持全通(或調(diào)制)，后60°進(jìn)行調(diào)制(或全通)，即上下橋臂對(duì)稱調(diào)制。也就是說(shuō)，6個(gè)功率管輪換進(jìn)行PWM調(diào)制，每個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)對(duì)應(yīng)一個(gè)功率管斬波。這樣，半橋調(diào)制方式可以分為H-pwm-L-on、H-on-L-Pwm、 on-pwm和pwm-on四種PWM調(diào)制方式。換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的大小隨著調(diào)制方式的不同而不同。當(dāng)直流無(wú)刷電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)為梯形波、系統(tǒng)采用兩兩導(dǎo)通、三相六狀態(tài)的120°導(dǎo)通方式時(shí)，四種半橋PWM調(diào)制方式的輸出波形如圖所示。

四種半橋PWM調(diào)制方式的輸出波形

（a）h-pwm-l-on   （b）h-on-l-pwm   （c）on-pwm  （d）pwm-on

研究表明，在四種半橋調(diào)制調(diào)制方式中，pwm-on調(diào)制方式(即前60°調(diào)制，后60°全通)的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最低，因而采用pwm-on半橋調(diào)制方式可減小直流無(wú)刷電機(jī)的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，有利于提高系統(tǒng)伺服精確度。在此半橋調(diào)制方式再采用補(bǔ)償電流法可有效抑制換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，可使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的幅值減小57.1%。

2、PWM控制方式對(duì)非換相期間轉(zhuǎn)矩的影響

PWM控制還有另外一個(gè)問(wèn)題,就是當(dāng)電機(jī)工作在星形三相六狀態(tài)反電動(dòng)勢(shì)為梯形波時(shí)，一般認(rèn)為，電磁轉(zhuǎn)矩是由流過(guò)兩相繞組的電流大小決定的，沒(méi)有考慮截止相在非換相期間的電流狀態(tài)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響。實(shí)際上，在非換相期間，在截止相上可能會(huì)有續(xù)流流過(guò)，該電流將參與到總的電磁轉(zhuǎn)矩的合成中去，破壞了原來(lái)只有兩相電流合成電磁轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)，從而加劇了非換相期間的電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。不同的PWM調(diào)制方式對(duì)非換相區(qū)間電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響程度有區(qū)別。分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單斬(即半橋調(diào)制)上橋調(diào)制時(shí)，截止相在其反電動(dòng)勢(shì)小于零時(shí)產(chǎn)生續(xù)流,單斬下橋調(diào)制時(shí),截止相在其反電動(dòng)勢(shì)大于零時(shí)產(chǎn)生續(xù)流,雙新調(diào)制(即全橋調(diào)制)時(shí)，截止相不會(huì)有續(xù)流。全橋調(diào)制雖然不會(huì)出現(xiàn)截止相續(xù)流導(dǎo)通的現(xiàn)象，但這種調(diào)制方式的開關(guān)損耗比較半橋調(diào)制大。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，近年來(lái)有學(xué)者提出了許多新的PWM調(diào)制方式，其中30°調(diào)制方式又稱為“Pwm-on-pwm”調(diào)制，是一個(gè)較成功的方式。它的每只開關(guān)管在120°開通中前30°和后30°期間進(jìn)行PWM調(diào)制，中間60°區(qū)間保持恒通。30°調(diào)制既完全消除了截止相導(dǎo)通的現(xiàn)象，又能夠降低開關(guān)損耗。但是，在30°調(diào)制需要再加裝三路位置傳感器，才能滿足控制要求。在這種情況下,電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)就會(huì)変得復(fù)雜，同時(shí)也增加了成本。

• 直流無(wú)刷電機(jī)故障原因分析及處理方法
• 直流無(wú)刷電機(jī)：抑制換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的控制方法