图5 传感器输出波形
2.三三通电方式
所谓三三通电方式,是指每一瞬间均有三只功率管同时通电,每隔60°换相一
次,每个功率管通电180°。它们的导通次序是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3… 当VF6VF1VF2导通时,电流从VF1流入A相绕组,经B相和C相绕组(这时B、C两相绕组为并联)分别从VF6和VF2流出。这时流过B相和C相绕组的电流分别为流过A相绕组的一半,其合成转矩如图6a所示,其方向与A相相同,大小为1.5Ta。经过60°电角度后,换相到VF1VF2VF3通电,即先关断VF6而后导通VF3 (注意,一定要先关VF6而后通VF3,否则就会出现VF6和VF3同时通电,则电源被VF3 VF6短路,这是绝对不允许的)。这时电流分别从VF1和VF3流入,经A相和B相绕组(相当于A相和B相并联)再流入C相绕组,经VF2流出,合成转矩如图6b所示,其方向与C相相同,转子再转过60°电角度后大小仍为1.5Ta。再经过60°电角度后,换相到VF1VF2VF3通电,而后依次类推,循环往复。它们的合成转矩矢量图如图6c所示。
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a)VF6VF1VF2导通时的合成转矩 b)VF1VF2VF3导通时的合成转矩 c)三三通电时的合成转矩
图6 三三通电时的合成转矩矢量图
在这种通电方式里,每瞬间均有三个功率管通电。每隔60°换相一次,每次有一个功率管换相,每个功率管导通180°。从某一相上看,它们的电压波形如图7所示。
图7 星形联结三三通电方式其中一相电压波形
此外,根据直流侧电源性质的不同可分为两种:直流侧是电压源的称为电压型逆变电路,直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。它们各有特点,本系统使用电压型逆变电路,它有以下特点:
(1)直流侧为电压源,或接有大电容,相当于电压源,直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。
(2)由于直流电压源的钳位作用,交流侧电压波形为矩形波,并且与阻抗角无关,而交流侧电流波形和相位因负载阻抗角而异。
(3)当交流侧为阻感性负载时需提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用,为了给交流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥给臂都并联反馈二极管。
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三、脉宽调制(PWM)技术 (一)脉宽调制的原理
脉宽调制(PWM)是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术,尤其是在对电机的转速控制方面,可大大节省能量。
PWM具有很强的抗噪性,且有节约空间、比较经济等特点。模拟电路控制有以下缺陷:模拟电路容易随时间漂移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后,避免了以上缺陷,实现了用数字方式来控制模拟信号,可以大幅度降低成本和功耗。
PWM(脉冲宽度调制)是通过控制固定电压的直流电源开关频率,改变负载两端的电压,从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面,比如:电机调速、温度控制、压力控制等等。
在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的,从而来控制电动机的转速。也正因为如此,PWM又被称为“开关驱动装置”。如图8所示。
图8 PWM占空比原理
设电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax,设占空比为D= t1 / T,则电机的平均速度为Va = Vmax * D,其中Va指的是电机的平均速度;Vmax 是指电机在全通电时的最大速度;D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可见,当我们改变占空比 D = t1 / T时,就可以得到不同的电机平均速度Vd,从而达到调速的目的。严格来说,平均速度Vd 与占空比D并非严格的线性关系,但是在一般的应用中,我们可以将其近似地看成是线性关系。 (二)脉宽调制方式
PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电
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子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法:
1. 相电压控制PWM
(1)等脉宽PWM法 (2)随机PWM (3)SPWM法 ①等面积法 ②硬件调制法 ③软件生成法 ·自然采样法 ·规则采样法 ④ 低次谐波消去法 (4)梯形波与三角波比较法 2. 线电压控制PWM
(1)马鞍形波与三角波比较法 (2)单元脉宽调制法 3. 电流控制PWM (1)滞环比较法 (2)三角波比较法 (3)预测电流控制法 4. 空间电压矢量控制PWM 5. 矢量控制PWM 6. 直接转矩控制PWM 7. 非线性控制PWM 8. 谐振软开关PWM
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