五种PWM方式对直流无刷电机系统换相转矩脉动的影响

无刷直流电动机电枢电阻对换相转矩脉动的影响分析

图１无刷直流电动机及其驱动电路等效图
无刷直流电动机电枢电
无刷直流电动机端电压：
保持换相期间非换相相电流恒定出发，而消除换从相期间转矩脉动。分别计算在低速和高速状态下的不同调制方式及其占空比，时对不计电枢电阻和同
．
ｐｎａｉｇｔｅＰＭａｕｏｓｄｒｇｒｓｓｎｅｉｈｏｅｓｔｈＷｎｖｌｅｃｎｉｅｎｅｉｔｃｎｔｅｃｍｍｕａｉｎｐｒｄ，ｅｔｒｕｐｌａｅｅｉｎｔｄｉａｔｔｅｏｔｏｑｅｒｐｅｃｎｂｌｏｉｈｉｍｉａｅ．ＫｅｒｓＢＤＣＭ；ｅｉｔｎｅｖｌｇｒｐｐａｅｃｒｅｔｔｒｕｐｌＰＭｏｅｓｔｎｙｗｏｄ：Ｌｒｓｓａｃｏｔｅｄｏ；ｈｓｕｎ；ｏｑｅｒｐｅ；Ｗａｉｃｍｐｎａｉｏ
电流。假设三相电路对称，Ｒ则＝Ｒ＝Ｒ＝Ｒ，Ｌ＝
Ｌｂ＝Ｌ＝ｏ
制约了其在高精度高稳定性场合的应用，决无刷解直流电动机转矩脉动问题一直是近年来的研究热点和难点ｕ。通过调整换相周期内ＰＷＭ的占空比、变Ｐ改ＷＭ频率、叠换相等方法可以实现转矩重脉动的减小和消除。文献［ — ］换相期间反电势１２对不恒定做了分析；献［一０对换相期间反电势恒文３ｌ］

无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制

无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制近年来，随着技术的进步，无刷直流电机（BLDC）经常被应用到多种领域，这种电机具有良好的稳定性、可靠性、节能性和高效率等特点。

无刷直流电机采用驱动器来驱动其旋转，并通过换相来控制其转速。

但是，在实际的换相过程中，由于硬件结构和电路的特性，会引起换相转矩脉动这种不利的现象。

因此，为了提高无刷直流电机的精确性和可靠性，如何有效的抑制换相转矩脉动成了当前应用无刷直流电机的研究人员面临的一个重要问题。

为了解决换相转矩脉动问题，我们首先需要了解换相转矩脉动的本质及其影响因素。

首先，换相转矩脉动是由于驱动器控制电机时产生的脉动现象，其主要原因是电机的动态特性，例如电机的电流响应与输入电压时间延迟、滞后特性，以及电机阻抗等。

此外，控制器的设计也会影响换相转矩脉动的大小，例如电压控制（PWM）、电流控制等。

此外，电机的结构参数，如齿数、磁极和电枢直径等，也会影响换相转矩脉动的大小。

为了降低换相转矩脉动，需要从两个方面出发。

首先，。

控制算法设计。

控制算法是控制电机转矩脉动的核心，根据电机的特性，采用适当的控制算法，可以有效的抑制换相转矩脉动。

例如，在电机控制中采用模糊控制和自适应控制等算法，可以有效的抑制转矩脉动；此外，采用调整电压滤波器参数的方法也可以减小换相转矩脉动。

其次，需要采取设计优化的方法。

设计优化可以改变电机结构参数，提高电机控制系统的精确度，从而有效地减少换相转矩脉动。

例如，可以考虑增加电机齿数，增加舵机驱动器输出电流，减少电机阻抗等。

此外，可以从电机材料和结构参数方面考虑优化结构，以降低电机内部转矩脉动。

此外，为了更好的抑制换相转矩脉动，除了考虑控制算法和设计优化外，还可以考虑采用某种机械补偿方法。

比如，采用小型回路控制器，可以有效抑制换相转矩脉动，其原理是在无刷直流电机换相过程中，采用小型回路控制器对转矩信号进行补偿，从而减小换相转矩脉动的大小。

综上所述，换相转矩脉动是应用无刷直流电机的一个致命性问题，控制算法、设计优化和机械补偿等方法可以有效的抑制换相转矩脉动，从而提高无刷直流电机的精确性和可靠性。

无刷直流电机转矩脉动抑制研究_吴一欣

AB STRACT: Brush less DC m oto r system has the advantages such as h igh torque current ration, high ratating speed, good dynam ic pe rfo rm ance, re liable and easy to contro,l so it is w idely used in sm a ll and m edium - s ized pow erdr iven applications. But it has the d isadvantage o f larg e torque r ipple, w hich constra ins the application of the Brushless DC m oto r. In this paper, the torque ripple of brushless DC m otor is analyzed in deta i,l the HPWM - LON influence on the comm utation torque ripple o f brush less DC m oto r is ana lyzed in deta i.l A m ethod o f d irec tly fac ing torque ripple to compensate torque ripple is proposed. Based on the theo ry above, P sp ice simu lation m ode is bu ilt. A nalysis and com parison of s imu lation resu lts show, that th is com pensa tion m ethod can effec tive ly suppress the to rque ripple, im prove the accuracy, and e lim inate the no ise caused by to rque r ipp le. K EYW ORDS: Brush less DC m otor; PWM; To rque r ipple; Sim ulation

PWM方式对无刷直流电机续流的影响

第１期
陈志辉，曹志亮：ＰＷＭ方式对无刷直流电机续流的影响
８１
前６０°采用ＰＷＭ调制，后６０°恒通。（３）Ｈ＿ｐｗｍＬ＿ｏｎ型：在各自的１２０°导通区间
内桥，臂上（功桥４率）臂Ｈ管＿功（ｏ率ｎ即Ｌ管Ｔ＿４（ｐ，ｗ即Ｔｍ６，Ｔ型Ｔ１２，）：Ｔ恒在３，Ｔ通各５）。自采的用１Ｐ２Ｗ０°Ｍ导调通制区，下间内，上桥臂功率管恒通，下桥臂功率管采用ＰＷＭ调制。
加深学生对相关内容的理解，从而获得良好的教学效果。
关键词：无刷直流电动机；ＰＷＭ调制；续流
中图分类号：Ｇ６４２
文献标识码：文章编号：（）Ａ
１００８０６８６２０１８０１００８００４
ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＰＷＭＳｃｈｅｍｅｓｏｎｔｈｅＦｒｅｅＷｈｅｅｌｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔｏｆａＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣＭｏｔｏｒ
，ＣＨＥＮＺｈｉｈＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＮａｎｊｉｎｇ２１１１０６Ｃｈｉｎａ
：，ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎＳｐｅｃｉａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＭｏｔｏｒｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｃｏｕｒｓｅｆｉｖｅＰＷＭｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｔｅｘｔｂｏｏｋ．Ｈｏｗ，，ｅｖｅｒｔｈｅｆｒｅｅｗｈｅｅｌｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｈｅｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｐｈａｓｅｉｓｎｏｔｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ
全桥调制方式中，每个功率管在１２０°导通区间均要进行ＰＷＭ调制，功率管的总开关损耗是半桥调制方式２倍，会导致系统效率降低。

无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响

第７卷第２期电机与控制学报Ｖｏｌ・７Ｎｏ２２００３年６月ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬＪｕｎｅ，２００３无刷直流电机控制系统中ＰＷＭ调制方式对换相转矩脉动的影响张相军，陈伯时（上海大学电机与控制工程研究所，上海２０００７２）摘要：介绍了无刷直流电机控制系统中的四种ＰＷＭ调制方式，详细分析了四种不同的调制方式对无刷直流电机换相转矩脉动的影响．通过理论推导，证明当控制系统采用ｐｗｍＪｎ型调制方式时无刷直流电机在换相过程中的转矩脉动最小，实验结果证明了所结论的正确性和实用性．关键词：无刷直流电机；挟相转矩脉动：ＰＷＭ调制方式中图分类号：ＴＭ９２１文献标识码：Ａ文章编号：１００７—４４９Ｘ（２００３）０２—００８７—０５ＴｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｆｏｕｒＰＷＭｍｏｄｅｓｏｎｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｓｉｎｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍＺＨＡＮＧＸｉａｎｇ＿ｊｕｎ，ＣＨＥＮＢｏ—ｓｈｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎ曲ａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｅｔ：ＦｏｕｒＰＷＭｍｏｄｅｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｉｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｎｔｈｅｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｏｆＢＬＤＣｍｏｔｏｒｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅ・ｔａｉｌＴｈｅｂｅｓｔＰＷＭｍｏｄｅｔｏｒｅｄｕｃｅｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ，ｐｗｍ—ｏｎｔｙｐｅ，ｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｃｃｏｒｄ－ｉｎｇｔｏｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｉｓｃｏｒｒｅｃｔａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＢＬＤＣｍｏｔｏｒｓ；ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ；ＰＷＭｍｏｄｅ１引言无刷直流电动机转子采用永磁材料励磁，体积小、重量轻、结构简单，运行可靠，且具有高效节能，易于控制等一系列优点，已广泛应用于办公自动化设备、计算机外围设备、仪器仪表和家用电器等领岛黔４．在具有梯形反电势波的无刷直流电机控制中．假设梯形反电动势的波顶宽度为１２０“电角度，当系统采｝｝ｌ二二导通、三相六状态的１２０。

不同PWM调制方式下无刷直流电机电磁转矩的计算

０引言
无刷直流电机具有结构简单、维护方便、调速性能好、运行效率高、控制简单等优点，已经
在许多工业领域得到广泛应用。针对两两导通
１不同ＰＷＭ调制方式电磁转矩计算
原理
无刷直流电机控制系统一般采用三相电压型
逆变器，电机采用两两１０导通控制方式，其主２。
电路如图１所示。
１０导电方式，许多Ｐ２。ＷＭ调制策略被提出＿，１引
这些ＰＷＭ调制方式各有优缺点，可以适用于不同的应用场合，但对于产生的有效转矩的大小研究不多Ｊ。本文通过对无刷直流电机在不同ＰＷＭ调制方式下的电流续流情况进行了理论推导，分别得到单管和双管ＰＷＭ调制方式电机稳
行了验证。
假设电机三相对称，忽略凸极效应，则三相
电压方程可以表示为：
，
１１，＝Ｒｉ＋Ｌｄｉ／ｄｔ＋Ｕ＋ｅ
微电机
不同ＰＷＭ调制方式下无刷直流电机电磁转矩的计算李自，程善美，秦 Nhomakorabea成摘
忆
４０７）３０４
（中科技大学控制科学与工程系，武汉华
要：分析了无刷直流电机两两导通控制下的不同ＰＷＭ调制方式，推导出不同Ｐ调制方式下ＷＭ

永磁无刷直流电机PWM_ON_PWM调制方式

永磁无刷直流电机PWM_ON_PWM调制方式直流电机/PWM_/转矩脉动1 引言自1917年,Bol1ger就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷以来,直流电机以其效率高,转动惯量小,功率密度大,调速性能好等一系列优点,已在航空航天、军工、钢铁冶金、化工、交通等伺服控制领域以及家电领域得到广泛应用[1,2]。

相对于正弦性永磁同步电机,永磁直流电机系统中存在的转矩脉动的问题一直是该领域面临的一大难题,特别是在直接驱动应用场合,转矩脉动的问题尤为突出[3]。

在实际系统中,由于没有减速机构,转矩脉动将直接传递到负载。

负载产生的干扰也会直接传到电机轴上,这些因素都将使直流电机的速度位置控制特性变得很差。

近年来永磁无刷直流电机的转矩脉动抑制技术一直都是该领域研究的热点,国内一些学者也提出了一些解决该问题的方法[4,5],但是大多数是应用到电机本体优化设计方面的技术,或者只是理论仿真研究[6,7],通过控制策略抑制电磁转矩脉动并不多。

因此研究永磁无刷直流电机转矩脉动抑制技术,具有重要的现实意义。

本文拟针对传统的PWM调制方式在非换相期间在非导通相上产生续流电流的情况,分析并研究最新的PWM调制方式:PWM_ON_PWM调制方式,并通过试验证明该调制方式能够消除续流电流,从而有效减少转矩脉动。

2 永磁无刷直流电机的数学模型为了建立无刷直流的数学模型,设定初始条件如下:电机工作的状态是二相导通星形三相六状态下,没有中线引出;反电势波形是平顶宽度为120°电角度的梯形波;磁路不饱和,不考虑磁滞和涡流损耗,三相绕组完全对称;气隙磁场为方波,转子磁场和定子电流分布皆对称;电枢绕组在定子内表面均匀连续分布,转子上没有阻尼绕组,无阻尼作用。

设为定子相绕组电压,为定子相绕组电流,为定子相绕组反电动势,为每相绕组的自感,M为相间的互感,P为微分算子,。

则三相绕组的电压平衡方程可表示为:无刷直流电机的电磁转矩是由转子磁钢产生的磁场与定子绕组中的电流相互作用而产生的,电磁转矩方程式可表示为:式中:为转子机械角速度。

无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制

无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制
无刷直流电机技术的出现的促进了电机控制的发展，它的特点是低成本、高效率、噪音小等，已成为电机控制领域的一种重要形式。

在实际操作过程中，无刷直流电机的运行十分不稳定，脉动程度较大，这些脉动对负载有很大的影响，严重时甚至还会对机器因此出现故障。

因此，研究如何抑制这种脉动具有重要意义，这也正是本文研究的焦点。

首先，本文从理论角度分析了无刷直流电机换相转矩脉动的成因，包括在换相过程中的磁场失衡及换相时间的偏移等。

换相时感应磁场衰减所带来的电感抗及受控电路因素导致的换相转矩脉动等。

其次，本文着重研究了无刷直流电机换相转矩抑制的方法，包括增加负责增大负载扭矩的措施，调整换相时间以减小脉动、运用调压电路来减小脉动等。

最后，本文以实际应用为依据，对无刷直流电机进行了仿真分析，分析了控制抑制脉动的效果，研究发现，采用抗制脉动的方法可以有效减少电机换相转矩脉动，达到更好的应用效果。

从上述分析可以看出，无刷直流电机的换相转矩脉动的抑制是有实际意义的，应用上采用合理的抑制方案可以有效降低脉动，降低机械设备故障及降低能耗。

该研究可为无刷直流电机换相转矩脉动抑制提供借鉴，为机器设备更稳定运行提供参考依据。

本文讨论的内容仅限于无刷直流电机换相转矩脉动抑制，在其它相关抑制方面并没有涉及到，未来可以对更
广泛的电动机抑制进行探究，以便更好的解决机械设备运行的安全性和可靠性问题。

总之，本文深入分析了无刷直流电机换相转矩脉动的特点及抑制方法，结果表明采取有效抑制方法可以较好地抑制脉动，从而提高电机控制质量，带来更高的机器设备运行效率。

无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响

第２期无刷直流电机控制系统中ＰＷＭ调制方式对换相转换脉动的影响９ｌＬｏｎ型调制方式下的小。

相电流的波动幅度明显小于上桥换相过程中的波动３实验结果…。

；图６（ｃ）可知，当系统采用。

ｎ—ｐｗｍ型调制方以三菱ＳＨＢｌ３０ＦＳＹ型室外空调压缩机为实验式时，上、下桥换相过程中相电流的波动幅度相等而对象，其内部电机为无位置传感器无刷直流电动且很大。

而当系统采用ｐｗｍ—ｏｎ型调制方式时（如机。

制热状态下的电机端电压、相电流实验波形如图６图６（ｄ）所示），上、下桥换相过程中相电流波动幅度所示。

相等且很小．因此，在这种调制方式下，由换相造成Ｈ—Ｄｗｍ～一ｏｎ型调制方式下的实验结果如的转矩脉动最小。

图６（ｄ）所示．由图可知，上桥换相过程中相电流的波实验结果证明，从减小换相转矩脉动的程度来动幅度明显小于下桥换相过程中的波动幅度。

看，在给出的四种调制方式中，ｐｗｍ—Ｏｉｌ型调制方式如图６（ｂ）所示为Ｈ—ｏｎ．Ｌ—ｐｗｍ型调制方式为最优．下的端屯．压，相电流实验结果．此时下桥换相过程中（ｃ）ｏｎ—ｐｗｍ型（ｄ）ｐｗｍ一０ｎ型圈６四种调制方式下电机端电压、相电漉实验结果Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｎｌｔｓｏｆｔｅｒｍｉｎａｌｖｏｌｔａｇｅａｎｔｉｐｈａｓｅｃｔｗｌ．ｅｎｔｕｎｄｅｒｌｈⅡＰＷＭｍｏｄｅｓ４结束语本文详细地分析了无位置传感器无刷直流永磁同步电机控制系统中四种调制方式下关断相的续流过程。

阐明了调制方式对无刷直流电机换相过程中转矩脉动及未参与换相那一相电流波动的影响，给出结论，并比较四种调制方式的优劣．仿真和实验结果充分证明了所推结论的正确性．同时，在全直流变转速空调系统开发中证明了上述结论的理论价值和实际应用价值．参考文献：Ｉｌ】许镇肆．｛江，扬毕控无剥直流桃的模型、控制，分析ｌＡ】第五届全国电气自动化电控系坑年会论文集ｆｑｌ眦２１６—２２２旧２ＩＩＺＵＫＡＫ，ＵＺＵＨＡＳＨＩＨ．ＫＡＮＯＭ，ｅｔⅡｆＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｐ＿ｔｒｏｌｆｏｒｓｅｎ∞ｒＩｅ瓯ｈｒｕｓｈｌｅｓｓｍｏｔｏｒ｛Ｊ】ＩＥＥＥＴｒａｎｓｆｎｄ—ｐ一，１９８５，（４）：５９５—６０１【如ｚＨＡＮＧＸＪ，ＣＨＥＮＢＳ，ＺＨＵＰＰ．ｅｔａｌＡｎｃｗｍｅｔｈｏｄｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｓｉｎｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌＢＬＤＣｍｏｔｏｒｓｗｉｔｈｓｅｎｓｏ订璐ｓｄｒｉｖｅｆＡｌ１ＰＥＭＣ＂２０ＤＯｆｃｌ２０００，６２卜６２５（编辑：王长风Ｊ无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响作者：张相军，陈伯时作者单位：上海大学,电机与控制工程研究所,上海,200072刊名：电机与控制学报英文刊名：ELECTRIC MACHINES AND CONTROL年，卷(期)：2003,7(2)被引用次数：91次1.许镇琳;王江;杨学浚无刷直流机的模型、控制、分析 19902.Iizuka K;UZUHASHI H;Kano M Microcomputer control for sensorless brushless motor 1985(04)3.ZHANG X J;CHEN B S;ZHU P P A new method to minimize the commutation torque ripples in trapezoidal BLDC motors with sensorless drive 20001.韦鲲.林平.熊宇.张仲超.WEI Kun.LIN Ping.Xiong Yu.ZHANG Zhong-chao无刷直流电机PWM调制方式的优化研究[期刊论文]-浙江大学学报(工学版)2005,39(7)2.林海.严卫生.杨颖.林洋.马雯.Lin Hai.Yan Weisheng.Yang Ying.Lin Yang.Ma Wen无刷直流电机直接转矩控制系统分析[期刊论文]-西北工业大学学报2009,28(1)3.姜田贵.周波.洪春梅.JIANG Tian-gui.ZHOU Bo.HONG Chun-mei用于驱动无刷直流电机的矩阵变换器控制策略[期刊论文]-电机与控制学报2009,13(2)4.薛晓明.楼桦.XUE Xiao-ming.Lou Hua PWM-ON-PWM调制方式控制的无刷直流电机换相信号检测[期刊论文]-微电机2010,43(7)5.刘国海.尹中良.Liu Guohai.Yin Zhongliang一种高性能的无刷直流电机控制方法[期刊论文]-江苏大学学报（自然科学版）2009,30(2)1.李怀兵.丑武胜.冯震非换相期间无刷直流电机转矩脉动分析与抑制[期刊论文]-微电机 2011(4)2.王结飞.郭前岗.周西峰无刷直流电机回馈制动的PWM调制方式研究[期刊论文]-微电机 2011(9)3.贺丹.韩邦成.陈少华高速无刷直流电机驱动用零电流转换电路[期刊论文]-航空精密制造技术 2011(5)4.郭凤鸣无刷直流电机控制器数字化实现的研究[期刊论文]-微电机 2010(9)5.薛晓明.楼桦PWM-ON-PWM调制方式控制的无刷直流电机换相信号检测[期刊论文]-微电机 2010(7)6.薛晓明.楼桦最佳PWM调制方式控制的无刷直流电机转子位置检测[期刊论文]-电气自动化 2009(1)7.张欣.王云宽.范国梁.郑军轨道交通门机系统驱动控制器关键问题的研究[期刊论文]-铁道学报 2008(5)8.龙波.曹秉刚.周好斌.白志峰.刘小波微型电动车用永磁无刷电机转矩脉动控制研究[期刊论文]-西安交通大学学报 2007(5)9.袁林兴.焦振宏.杨燕.王聘直接面向转矩脉动的转矩补偿方法[期刊论文]-微电机 2006(4)10.吴春华.陈国呈.孙承波一种缩短无刷直流电动机换相续流时间的有效方法[期刊论文]-微特电机 2006(11)11.韦鲲.林平.熊宇.张仲超无刷直流电机PWM调制方式的优化研究[期刊论文]-浙江大学学报(工学版) 2005(7)12.周西峰.孙浩.王丹.郭前岗自举驱动方式下无刷直流电机运行特性分析[期刊论文]-电力电子技术 2011(3)13.廖晖.廖政伟.吕征宇基于PWM-ON-PWM改进型无刷直流电机的控制[期刊论文]-电力电子技术 2011(11)15.吴一欣.焦振宏一种改进的检测无刷直流电动机转子位置方法[期刊论文]-微特电机 2009(2)16.张波.焦振宏.霍隆超六相无刷直流电动机换相转矩脉动的分析及仿真[期刊论文]-微特电机 2009(2)17.郝允志.林毓培.薛荣生轻型电动车低功耗控制器设计[期刊论文]-电气传动 2009(2)18.丁磊.李成学电动车用永磁无刷电机转矩脉动的控制技术[期刊论文]-电机技术 2009(1)19.尹传涛.王坚强.尹斌传六相无刷直流电机反电势电流引起的转矩脉动抑制研究[期刊论文]-船电技术 2009(3)20.汤平华.廖志辉.李铁才方波无刷电动机的倍频PWM控制方法[期刊论文]-电机与控制学报 2009(3)21.王爽.李铁才.王治国无刷直流电机换相力矩波动抑制[期刊论文]-电机与控制学报 2008(3)22.宋飞.周波.吴小婧抑制无刷直流电机换相转矩脉动的新型补偿策略[期刊论文]-电工技术学报 2008(11)23.杨辉玲.宋正强基于永磁无刷直流电机的工业缝纫机控制系统设计[期刊论文]-中国高新技术企业 2008(23)24.张晓峰.吕征宇有效平滑无刷直流电机转矩的新方法[期刊论文]-电力电子技术 2007(2)25.孙立军.孙雷.张春喜.罗有明无刷直流电机PWM调制方式研究[期刊论文]-哈尔滨理工大学学报 2006(2)26.马义方无刷直流电机伺服系统先进控制策略的研究[学位论文]硕士 200627.五种PWM方式对无刷电动机换相转矩脉动的分析和比较[期刊论文]-中小型电机 2005(6)28.袁海宵.王慧贞基于无刷直流电动机伺服系统的位置环设计[期刊论文]-电力电子技术 2011(4)29.金海.陈兵兵.查聪无位置传感器直流无刷电机弱磁调速控制的优化[期刊论文]-工业控制计算机 2011(7)30.尹中良.刘国海无刷直流电机直接转矩控制系统的研究[期刊论文]-微电机 2010(4)31.姚德新.刘卫国.谭博.孙银川方波无刷直流电动机不导通相电流分析[期刊论文]-微电机 2009(7)32.仇维斌.欧红香基于DSP的无刷直流电动机控制方法研究[期刊论文]-微特电机 2008(10)33.包向华.章跃进无刷直流电动机换相转矩脉动的分析和削弱方法[期刊论文]-微特电机 2007(2)34.何杰.林辉基于PSoC的对开塞拉门多功能控制系统[期刊论文]-微电机 2011(3)35.李保军.王志新.吴定国飞轮储能系统充放电过程建模与仿真研究[期刊论文]-工业控制计算机 2011(12)36.张翔.胡冰乐.任金波车用空调直流无刷风机的减振研究[期刊论文]-福建农林大学学报（自然科学版）2010(5)37.王正仕.张朝立.陈辉明直流无刷电机换向转矩脉动抑制研究[期刊论文]-控制工程 2010(3)38.王穆移.马瑞卿.孙银川.徐蕾基于CPLD的有刷和无刷直流电动机混合驱动技术研究[期刊论文]-微电机 2009(7)39.李金飞.秦海鸿.陈志辉.王慧贞无刷直流电动机非导通相电流拖尾的研究[期刊论文]-电力电子技术 2009(1)40.周杰.侯燕无刷直流电机转矩脉动抑制方法综述[期刊论文]-机电产品开发与创新 2007(3)41.贾军.房建成基于DSP的磁悬浮控制力矩陀螺框架数字伺服系统[期刊论文]-微电机 2007(6)42.周杰.侯燕无刷直流电机转矩脉动抑制方法综述[期刊论文]-机床电器 2007(6)43.齐蓉.周素莹.林辉.陈明无刷直流电机PWM调制方式与转矩脉动关系研究[期刊论文]-微电机 2006(1)44.林平.韦鲲.张仲超新型无刷直流电机换相转矩脉动的抑制控制方法[期刊论文]-中国电机工程学报 2006(3)45.方天红基于专用控制芯片的直流无刷电机控制器[期刊论文]-孝感学院学报 2006(3)46.齐蓉.林辉.陈明无刷直流电机换向转矩脉动分析与抑制[期刊论文]-电机与控制学报 2006(3)47.林平.陈丹江.韦鲲.张仲超高速工业平缝机精确停针定位控制[期刊论文]-纺织学报 2006(12)48.韦鲲.任军军.张仲超应用于无刷直流电机的新PWM调制方式[期刊论文]-电气传动 2005(2)49.王正仕.张朝立.陈辉明直流无刷电机换向转矩脉动抑制研究[期刊论文]-控制工程 2010(3)50.孟光伟.李槐树.熊浩PWM调制下无刷直流电机的转矩脉动抑制[期刊论文]-电气传动 2011(1)52.王爽.李铁才.王治国无刷直流电机非换相相电流采样的逆变器结构[期刊论文]-电力电子技术 2010(4)53.魏海峰.李萍萍.刘国海.贾洪平基于双电流调节器的无刷直流电机换相转矩脉动抑制[期刊论文]-江苏大学学报（自然科学版） 2010(6)54.薛晓明.楼桦不同PWM控制策略无刷直流电机转子位置统一检测方法[期刊论文]-电测与仪表 2009(3)55.王俊.毛鹏军.彭中无刷直流电动机转矩脉动抑制控制方法[期刊论文]-微特电机 2007(9)56.贺虎成.刘卫国.郎宝华永磁无刷直流电动机非换相区间转矩特性研究[期刊论文]-电气传动 2007(10)57.吴奎华.韦鲲.林平无刷直流电动机非换相转矩脉动抑制研究[期刊论文]-微电机 2007(12)58.齐蓉.林辉.陈明单斩调制方式对无刷直流电动机换向转矩脉动的影响[期刊论文]-微特电机 2006(8)59.韦鲲.任军军.张仲超无刷直流电机非导通相续流的研究及消除策略[期刊论文]-电力电子技术 2004(4)60.文卫无刷直流电机的智能控制研究[期刊论文]-微电机 2011(6)61.贾洪平.魏海峰无刷直流电机滑模变结构电流控制[期刊论文]-微电机 2010(2)62.无刷直流电机转矩脉动抑制研究[期刊论文]-计算机仿真 2009(10)63.杨瑞坤.陈长兴.徐浩翔基于母线电流脉动的无刷直流电机断相故障诊断法[期刊论文]-空军工程大学学报（自然科学版） 2008(5)64.谭成.冯水仙.张仲超无刷直流电机H/L-PWM-ON控制策略[期刊论文]-机电工程 2007(5)65.徐交建.吴建华基于DSC的无刷直流风机控制系统[期刊论文]-机电工程 2011(10)66.王爽.李铁才.林琦.王治国飞轮储能系统双向逆变器研究[期刊论文]-微电机 2010(9)67.陈冬.房建成非理想梯形波反电势永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法[期刊论文]-中国电机工程学报2008(30)68.师蔚.蔚兰.张舟云.应红亮无刷直流电动机换相转矩脉动控制[期刊论文]-微特电机 2008(5)69.张晓峰.吕征宇基于级联式拓扑的消除无刷直流电机传导区转矩脉动方法[期刊论文]-电工技术学报 2007(1)70.张晓峰.胡庆波.吕征宇基于BUCK变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法[期刊论文]-电工技术学报 2005(9)71.董少波.程小华无刷直流电动机转矩脉动及其抑制方法综述[期刊论文]-微电机 2010(8)72.师蔚.张舟云.黄苏融.贡俊逆变器-永磁无刷电动机系统数学模型与仿真[期刊论文]-电工技术学报 2009(10)73.WEI Kun.HU Chang-sheng.ZHANG Zhong-chao A novel PWM scheme to eliminate the diode freewheeling In the Inactive phase in BLDC motor[期刊论文]-中国高等学校学术文摘·电气与电子工程 2006(2)74.韦鲲.胡长生.张仲超一种新的消除无刷直流电机非导通相续流的 PWM调制方式[期刊论文]-中国电机工程学报2005(7)75.王华斌.刘和平.张毅.刘平计及中性点电压的无刷直流电机无位置传感器控制[期刊论文]-电工技术学报2009(7)76.包向华基于DSP的永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制方法的研究[学位论文]硕士 200577.郭天勇.赵庚申.赵耀.程如岐.赵二刚.祁超基于无刷直流电机的风力机转矩模拟[期刊论文]-农业工程学报2011(5)78.刘春所三相永磁无刷直流电机及驱动控制策略研究[学位论文]硕士 200579.赵汉表基于DSP卫星天线伺服控制系统设计[学位论文]硕士 200580.毕强全数字无刷直流电机无传感器控制系统设计[学位论文]硕士 200681.庞振岳高速工业平缝机伺服系统研制[学位论文]硕士 200683.吴春华变频空调无刷直流电机无位置传感器控制方法的研究与应用[学位论文]硕士 200584.陈国庆一种基于DSP的无刷直流电机运动控制系统研究[学位论文]硕士 200585.周利强永磁无刷直流电机驱动的研究[学位论文]硕士 200686.冉庆东飞机全电刹车控制系统设计[学位论文]硕士 200587.王世德无位置传感器无刷直流电机控制系统的研究[学位论文]硕士 200588.韦鲲永磁无刷直流电机电磁转矩脉动抑制技术的研究[学位论文]博士 200589.林全喜航空电动燃油泵用无刷直流电动机研究[学位论文]硕士 200690.周利强永磁无刷直流电机驱动的研究[学位论文]硕士 200691.李化良飞机全电刹车控制系统的研究与设计[学位论文]硕士 200692.苟玉杰.刘志琴无传感器控制的无刷直流电机中减少转矩纹波的方法[期刊论文]-家电科技 2005(10)93.严岚永磁无刷直流电机弱磁技术研究[学位论文]博士 2004本文链接：/Periodical_djykzxb200302001.aspx。

无刷直流电机的PWM调制方式介绍

无刷直流电机的PWM调制方式介绍引言BLDC（Brushless Direct Current）无刷直流电机已在家用电器、汽车、医疗、工业设备等领域被广泛使用，三相无刷直流电机是更主流产品。

图1 为三相无刷直流电机的驱动部分示意图，主要包括霍尔信息的采集，以及根据霍尔信号对三相逆变器做对应的调制，三相逆变器PWM 的开关顺序已经PWM的占空比是调制的主要内容，不同的调制方式对BLDC 的运行性能有很大影响，近年来随着电机控制系统越来越精细，在原来常见的方波120 度脉宽调制基础上，正弦脉宽调制（SPWM）和空间矢量脉宽调制（SVPWM）出现，使电机脉动降低、电流波形畸变减小，但后两者的算法比较复杂，本文将对三种调制方式逐一地介绍其特性、原理及计算细节。

安森美半导体LC08000M 芯片集成这三种调制方式，适合应用在BLDC 的驱动。

图1：三相无刷直流电机驱动示意图1. 方波120 度脉宽调制利用霍尔值（每个电气周期6 次变化），改变UVW 相电流流向，但同一霍尔值内电流流向不变，任何时刻只能一相的上桥和另一相的下桥导通，这种控制方式简单，但存在最大60 度的转矩偏角，效率降低，同时会伴有转动噪音。

图：Hall 状态与PWM、三相反电动势、三相电流的对应关系在上桥下桥PWM 开关控制顺序不同，我们可以做出下面5 种模式的选装。

LC08000M 为了减小在换相时转矩的波动，采用了PWM 值过渡方式，这一处理能有效降低了转动噪音。

图3：LC08000M 方波120°脉宽调制的PWM 与霍尔关系的对应图图4：实测LC08000M 方波120 度脉宽调制的效果2. 正弦脉宽调制（SPWM）叠加在MOS 管的直流电压可以通过PWM 开关控制来等效成正弦电压，由于中性点为0，因此电机的相电压也为正弦，从而使得电机相线电流也成正弦变化规则，消除了转矩波动。

根据面积等效原理，正弦波还可以等效成PWM 波。

无刷直流电机换向转矩脉动分析与抑制

TU = ei ω ∑
j = a, b, c
p
j j
= 2pke i0 + p
ke (2Udc D - 8keω - 6R i0 ) t 3L ( 9)
忽略稳态时的电流波动 , 稳态时电机电磁转矩为
[ 6, 7 ]
与上桥换相的推导过程类似 , 下桥换相过程中的电磁转矩脉动为 ΔTD = T0 - TD = p
∑
S =1 ( 3) S =0
1 ei 3 i = a, b, c
∑
在 V2V3 区间内 , eb = - ec = keω, ke 为电磁转矩常
第 3期
无刷直流电机换向转矩脉动分析与抑制相转矩脉动的偏差为 ΔT1 =ΔTU - ΔT ′ U =p
289
数 , 而 ea 是一个斜坡函数。另外 , 中性点电压还受到 PWM 调制的影响 , 因此 , 其动态表达式实际上是一个非常复杂的函数。由于换相过程比较短 , 令 ea ≈ keω; 同时令式 ( 3 ) 中的
ic ( t) = - i0 +
在下桥换相过程中 , pwm - on 和 H - on - L - pwm 调制方式的续流过程相同。假设 V4 关断 , V5 恒通 , V6 为 PWM 调制 , 则 A 相续流过程中电流回路如图 3 所示。
1 ( 4 keω + 3R i0 - DU dc ) t 3L
第 10 卷第 3期
2006 年 5 月
电机与控制学报 EL EC TR IC MA CH IN E S AND CON TROLVolBiblioteka 10 No13 M ay 2006
无刷直流电机换向转矩脉动分析与抑制

无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制

无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制经过几十年的发展，无刷直流电机已经成为电动机驱动技术中最重要的一种。

随着无刷直流电机应用的不断扩大，该电机的换相转矩脉动是影响机器运行的重要因素之一。

因此，对于无刷直流电机换相转矩脉动的分析与抑制就显得极其重要。

首先，在讨论换相转矩脉动之前，必须先了解其产生的原因。

由于无刷直流电机的结构特点，在正常换相过程中，由于转子在换相期间所受到的旋转惯性力，当电机换相时会产生较大的脉动转矩。

这种脉动转矩不仅会影响电机的正常运行，而且还会对作动机运行产生较大的干扰。

因此，有效抑制换相转矩脉动对于实现电机驱动技术的发展与实现负荷控制具有十分重要的意义。

其次，要有效抑制换相转矩脉动，通过电子控制来改善电动机的换相过程显得十分重要。

通过改变电源频率，可以有效地减小换相时产生的脉动转矩。

此外，可以考虑在电机换相时改变转子电路欧姆数，以降低转矩脉动最大值以及改善转矩曲线的稳定性，进而提高电机的可靠性。

另外，在控制系统中引入一定的滞回环路，可以进一步改善电机换相脉动的抑制效果。

最后，当电机换相时，可以通过合理的设计和有效的驱动来抑制转矩脉动。

首先，在电机设计过程中，可以通过改变电源电压、电流以及转子电路的欧姆数，以改善电机的换相特性。

其次，在驱动方面，引入一定量的电容，可以通过减小电源电压的脉动从而减小换相转矩脉动。

最后，要减小换相转矩脉动，要采取有效的驱动技术，如采用双列技术，实现无刷直流电机的精确控制。

总之，无刷直流电机换相转矩脉动的分析与抑制是影响电动机驱动技术的重要因素，可以通过合理的电源频率选择、有效的驱动技术以及设计合理的滞回环路等方法，有效地抑制电机换相转矩的脉动。

而无刷直流电机的发展迫切需要更高性能的电机驱动技术，而有效抑制换相转矩脉动正是实现此目标的关键步骤。

因此，无刷直流电机换相转矩脉动分析与抑制将是未来发展的重要方向，对于无刷直流电机及其相关技术的发展具有重要意义。

PWM调制方式对无刷直流电机控制性能的影响

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kfF) [B' O/T50KM=/A NL@@R?@@0=A60//J

无刷直流电机PWM调制方式与转矩脉动关系研究

无刷直流电机PWM 调制方式与转矩脉动关系研究收稿日期:2005-04-28航空科学基金项目(项目编号:04F 53036)齐　蓉,周素莹,林　辉,陈　明(西北工业大学,西安　710072)摘　要:针对无刷直流电机的双斩和四种单斩PW M 调制方式,分析调制方式对电机稳态转矩脉动的影响,建立稳态及换向过程中电机相电流及电磁转矩的数学模型。

基于M atlab 无刷直流电机的仿真模型,研究换向转矩脉动与各种单斩P WM 调制方式的关系。

关键词:无刷直流电动机;转矩脉动;仿真;脉宽调制;数学模型中图分类号:T M 361 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2006)01-0058-04The Relation Between Torque Ripples and PWM Modes of Brushless DC MotorQ I Ro ng ,ZHOU Su-ying ,LIN Hui,CHEN Ming(N or thwester n Po ly technical U niv ersit y,Xi'an 710072,China)ABSTRACT :T his paper analy zes the differ ent PW M modes (sing le cho p P WM m odes and do uble chop PW M modes )influence on the static to r que ripple in Br ushless DC mo tor (BLD CM )co ntro l sy st em .T he ma thematic models o f phase curr ent and electr omag netic tor que ar e derived.Based on M atlab BL DCM modules,the r elation between fo ur PW M modes(H pw m -Lo n,Ho n-Lpw m,onpwm ,pw mon )and co mmutation tor queripples a re discussed.KEY WORDS :Br ushless DC M ot or ;T o r que ripples ;Simulatio n ;PW M ;M athematic mo dels0　引　言无刷直流电动机(BLDCM )由于转矩脉动较大地限制了其在高精度伺服系统中的进一步应用。

PWM调制方式对永磁无刷直流电机电磁转矩的影响

根据圈3可以写出该区间内bldcm的电压平衡方程为图3无刷赢流电动机的电路拓扑结构图式中vkosj一12为a相绕组对直流母线中点no参考地之间的端电压sa为功率管tl的pwm斩波控制开关函数当sa1表示ti开通a相绕组接到母线电压正端s0表示tl关断a相绕组经续流二极管接母线电压负端
ＰＷＭ调制方式对永磁无刷直流电机电磁转矩的影响
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＰＷＭｍｏｄｅｓｆｏｒｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒｉｓｃｏｍｐａｒｅｄＴｈｅ
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（ｃ）Ｆ桥臂单斩调制方式
（ｄ）ｐｗｍ·Ｏｎ型单斩调制方式
图１三相六状态控制常用ＰＷＭ调制方式
同，而六个功率管轮换的单斩方式其开关损耗比双斩方式减小一半．且每个功率管的开关损耗相同，减小了功率开关应力，提高了

永磁无刷直流电机PWM_ON_PWM调制方式

永磁无刷直流电机PWM_ON_PWM调制方式直流电机/PWM_/转矩脉动1 引言自1917年,Bol1ger就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷以来,直流电机以其效率高,转动惯量小,功率密度大,调速性能好等一系列优点,已在航空航天、军工、钢铁冶金、化工、交通等伺服控制领域以及家电领域得到广泛应用[1,2]。

相对于正弦性永磁同步电机,永磁直流电机系统中存在的转矩脉动的问题一直是该领域面临的一大难题,特别是在直接驱动应用场合,转矩脉动的问题尤为突出[3]。

在实际系统中,由于没有减速机构,转矩脉动将直接传递到负载。

负载产生的干扰也会直接传到电机轴上,这些因素都将使直流电机的速度位置控制特性变得很差。

近年来永磁无刷直流电机的转矩脉动抑制技术一直都是该领域研究的热点,国内一些学者也提出了一些解决该问题的方法[4,5],但是大多数是应用到电机本体优化设计方面的技术,或者只是理论仿真研究[6,7],通过控制策略抑制电磁转矩脉动并不多。

因此研究永磁无刷直流电机转矩脉动抑制技术,具有重要的现实意义。

本文拟针对传统的PWM调制方式在非换相期间在非导通相上产生续流电流的情况,分析并研究最新的PWM调制方式:PWM_ON_PWM调制方式,并通过试验证明该调制方式能够消除续流电流,从而有效减少转矩脉动。

2 永磁无刷直流电机的数学模型为了建立无刷直流的数学模型,设定初始条件如下:电机工作的状态是二相导通星形三相六状态下,没有中线引出;反电势波形是平顶宽度为120°电角度的梯形波;磁路不饱和,不考虑磁滞和涡流损耗,三相绕组完全对称;气隙磁场为方波,转子磁场和定子电流分布皆对称;电枢绕组在定子内表面均匀连续分布,转子上没有阻尼绕组,无阻尼作用。

设为定子相绕组电压,为定子相绕组电流,为定子相绕组反电动势,为每相绕组的自感,M为相间的互感,P为微分算子,。

则三相绕组的电压平衡方程可表示为:无刷直流电机的电磁转矩是由转子磁钢产生的磁场与定子绕组中的电流相互作用而产生的,电磁转矩方程式可表示为:式中:为转子机械角速度。

BLDC控制系统中PWM调制方式分析与比较

BLDC控制系统中PWM调制方式分析与比较史召峰;孙承峰【摘要】介绍了无刷直流电机控制系统中的5种PWM调制方式,并从开关损耗、调制方式的极性和对换向转矩脉动的影响这三个角度来分析和比较了这几种PWM 调制方式的优劣.通过理论推导,证明当控制系统采用PWM-ON调制方式,六只开关管的开关损耗得到了均匀的分配,并且直流无刷电机在换向过程中的转矩脉动最小.最后通过实验验证了结论的正确性.【期刊名称】《西安文理学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(019)001【总页数】5页(P36-40)【关键词】直流无刷电机;PWM调制方式;开关损耗;换向转矩脉动【作者】史召峰;孙承峰【作者单位】安徽工业经济职业技术学院机电工程系,合肥230051;苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021【正文语种】中文【中图分类】TM351具有梯形波反电动势的永磁无刷直流电动机具有高功率密度、控制简单等特点，应用非常广泛.其驱动逆变器多采用三相半桥结构形式，工作于二二导通、三相六状态的120°导通方式，一般采用PWM调制方式进行速度及电流的调节，由于BLDCM相电感的存在使电枢绕组电流从一相切换到另一相时，产生换相延时，形成电机换向过程中的转矩脉动[1-3].当采用的PWM调制方式不同时，对系统的影响也不一样，当然对换相转矩脉动的影响也不一样.在文献[4]中,只分析了ON-PWM、PWM-ON、H_PWM-L_ON、H_ON-L_PWM四种不同调制方式对换相转矩脉动的影响，并没有分析H_PWM-L_PWM对换相转矩脉动的影响.在本文中，介绍了无刷直流电机控制系统中的ON-PWM、PWM-ON、H_PWM-L_ON、H_ON-L_PWM、H_PWM-L_PWM 5种PWM调制方式.三相永磁无刷直流电机工作于120°导通方式下时，常见的PWM调制方式有以下5种:①H_PWM-L_PWM上下桥臂开关管均进行PWM信号调制(导通两相上的开通开关管同时进行PWM调制)；②ON-PWM:在开关管导通的120°期间，各管前60°电角度保持恒通,后60°电角度进行PWM信号调制；③PWM-ON:各管前60°电角度受PWM信号调制，后60°电角度恒通;④H_PWM-L_ON:上桥臂开关管受PWM信号调制,下桥臂开关管保持恒通;⑤H_ON-L_PWM:上桥臂开关管保持恒通,下桥臂开关管进行PWM信号调制.[5]如图1所示:1.1 从器件开通和关断损耗角度分析5种PWM调制策略在五种PWM调制方式中，采用图1中(a)的调制策略时，六只开关管都需要进行脉宽调制，其所带来的开关损耗为其它几种调制方法的两倍，降低了控制器的效率.另外在相同的平均电磁转矩下，单斩方式比双斩方式的稳态转矩脉动小，单斩方式的绕组电流稳态值要大于双斩方式的绕组电流稳态值.因此，通常不采用图1(a)所示调制策略;图1中(d)和(e)所示调制策略由于六个开关管的开通和关断损耗没有均匀的分配而很少被采用.而图1中(b)和(c)所示调制方式在开关管导通的120°期间，开关管有60°电角度受PWM信号调制,60°电角度保持恒通，这两种调制策略使得六只管子的开通和关断损耗得到合理地分配而被采用的最多.1.2 从5种PWM调制策略的输出极性去分析和比较在所有逆变器的脉宽调制方式中，按其输出电压极性可以分为单极性脉宽调制和双极性脉宽调制.单极性脉宽调制下，逆变器的输出电压极性不会发生变化，而双极性脉宽调制则相反.对于以上提及的5种PWM调制策略，图1中(b)~(e)属于单极性脉宽调制，(a)属于双极性脉宽调制，由于双极性脉宽调制有电流脉动大的缺点，一般很少被采用.1.3 从换向转矩脉动的角度来分析和比较5种PWM调制方式永磁无刷直流电机工作于120°导通方式下时，其工作过程可分两个区间，一个是导通相电流增加、关断相电流减小且每相绕组都有电流流过的换相区间.[5]另一个区间为非换相区间，在这个区间内，三相绕组中只有两相绕组有电流流过.永磁无刷直流电机采用不同的PWM调制方式时，每相绕组流过的电流会因为开关管的开关方式而出现不同的幅值和流向，这会使电机产生换相转矩脉动.下面将详细叙述不同调制方式下的换相转矩脉动的推导过程.设D为PWM占空比(0D1)，Ud表示直流母线电压.换相期间，若进行PWM调制的开关管位于上桥臂，则所在相的绕组端电压可以表示为D*Ud；如果PWM调制的开关管位于下桥臂，则所在相绕组端电压可以表示为:(1-D)*Ud；由于换相持续时间短，可以认为在A相切换到B相时三相绕组上反电动势没有变化，那么下式则成立:换相发生在上桥臂: eA=eB=E=keω,eC=-keω；换相发生在下桥臂: eA=eB=-E=-keω,eC=keω.又因iA+iB+iC=0，则下桥臂和上桥臂换相时的电磁转矩计算公式可分别由式(1)和(2)来表示：式中：ω为电机速度(rad/s)，ke为电磁转矩常数,p为极对数.由此可知，换相前后的电磁转矩计算公式一样.这说明，只要保证换相期间没有换相的那相电流和换相前电流幅值相同，则换相期间没有转矩波动.1.3.1 H_PWM-L_PWM调制策略下转矩波动分析以下桥臂开关管换相为例，分析从A相换流到B相的换相过程，分析的结论同样适合上桥臂换相.设从A相换流到B相的换相期间，D1续流，T4为关断管，T6为开通管，T5为非换相管，T5T6同时进行脉宽调制，在换相期间的电流回路如图2所示：A相续流时电机每相端电压平衡方程为：在换相期间内有eC=-eB=E=keω，ke为电磁转矩常数，而eA是一个斜坡函数.另外中性点电压UN还受PWM调制方式的影响，因此其动态表达式实际上是一个非常复杂的函数.由于换相过程比较短，令eA=-keω.[6]同时令式(4)和(5)中的S≈D，式中D为当前PWM脉冲占空比，则式(4)、(5)可简化为：由式(3)、(6)和(7)可求得：在下桥换相前，iC(0)=-iA(0)=i0(i0是相电流在稳定状态下的值)，iB(0)=0.将式(8)代入式(7)并结合iC(0)=i0可解得：再根据式(2)，可得换相过程的转矩为：由前面分析可知，下桥臂没有换相前所产生的转矩为：Te_l=2pkei0，则换相过程产生的转矩波动为：1.3.2 其余4种脉宽调制策略下电磁转矩脉动分析经过分析发现，换相时，脉宽调制发生在开通管时所产生的转矩脉动和脉宽调制发生在非换相管时所产生的转矩脉动是不一样的.前者我们归结为第一类，后者归结为第二类.由以上分析可知：所有调制策略中能归结到第一类的有：PWM-ON型调制策略、换相发生在上桥臂的H_PWM-L_ON型调制策略和换相发生在下桥臂的H_ON-L_PWM型调制策略；可归结到第二类：ON-PWM型调制策略、换相发生在上桥臂的H_ON-L_PWM型调制策略和换相发生在下桥臂的H_PWM-L_ON型调制策略.可以证明只要不同的调制策略下有相同的续流过程，它们所产生的换向转矩脉动是一样的.以一台额定转速为3 000 rpm的无刷直流电机为实验电机，用Microchip公司dsPIC33FMC204单片机作为控制系统的核心进行了实验论证，图3中的(a)~(e)分别为5种调制策略下所得到的相电流实验波形.由实验波形及其分析可知，无论哪一桥臂进行换相时，脉宽调制发生在开通管时所产生的转矩波动均比脉宽调制发生在非换相管时所产生的转矩波动要小，而换相过程中产生转矩波动最大的是H_PWM-L_PWM调制策略.本文阐述了无刷直流电机控制系统中的5种PWM调制方式，并从开关损耗,调制方式的极性和对换向转矩脉动的影响这三个角度来分析与比较了这几种PWM调制方式的优劣；最后得出结论：当控制系统采用PWM-ON调制方式时,六只开关管的开关损耗得到了均匀的分配，并且直流无刷电机在换向过程中的转矩脉动最小.实验结果与波形也充分证明了所得结论的正确性.。