直流无刷电机正弦波控制原理

加入谐波之后的磁链轨迹 ，明显看出电压利用率变 高，调制的范围变宽
Space Vector Trajectory 400 300 200 100
0 -100 -200 -300 -400
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
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补充：正弦波PWM的产生
简易正弦波电机控制
报告人：谢辰
无刷直流电机换向原理 电机的简易正弦波控制简介 控制原理 三相简易空间矢量PWM仿真 三次谐波注入 直流无刷简易正弦波控制实现
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无刷直流电机换向原理
1.电机结构
细的红黄绿三条线是霍 尔，以空间角度60度的 间隔嵌在定子上
定子
转子
粗的红黄绿三条线是三 相电源线，和定子上的 绕组相连
B
Ksin(t 120)
A
Ksin(t)
B net
Ksin(t 240 ) C
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简易正弦波控制简介
直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组 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。
优点：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
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三次谐波注入
除了可以注入三次谐波以外，还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他 波形，这些信号都不会影响线电压。这是因为，经过PWM调制后逆变电路 输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波，但在合成线 电压时，各相电压中的这些谐波将互相抵消，从而使线电压仍为正弦波。
加入谐波之后的相电流波 形仍然为正弦波
10对极对数，以 NSNS...方式排列
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无刷直流电机换向原理
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无刷直流电机换向原理
三相六拍工作方式
R
25
14
3
B
6
G
V+ 0 60°
红色绕组
V+
0
绿色绕组
V+ 蓝色绕组
0 123456
电流的流向
电压的波形
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无刷直流电机换向原理
如果一组三相电流（各相大小相同，相位彼此相差 120度）流过三相绕组，那么将会产生一个幅值恒定 的旋转磁场。
Ub Ubc
Uab Ua
Ub Ubc
Uca
Uc
Uca
Uab
Ua
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三相简易空仿间真矢量PWM
5.磁链的计算
Ua
u u
2 3
0
1
0.5 3/2
0.5 3/
2UUbc
磁链轨迹
u dt u dt
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三相简易空仿间真矢量PWM
6.磁链的圆形轨迹
Space Vector Trajectory 400 300 200 100
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简易正弦波控制简介
简易正弦波控制: 对电机绕组施加一定的电压,使电机相
电压为正弦波,由于电机绕组为感性负载,因 此电机相电流也为正弦波。通过控制电机相 电压的幅值以及相位来控制电流的相位以及 幅值,为电压环控制,实现较为简单
复杂正弦波控制： 复杂正弦波控制的目标直接是电流，
控制电流还控制电机的转矩，为电流环控制 。例如FOC控制。
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三相简易空仿间真矢量PWM
3.PWM的产生 SPWM占空比的产生是用三角波和正弦波比较产生的 如下图
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三相简易空仿间真矢量PWM
4.线电压和相电压的关系
Uca =Uc-Ua Uab =Ua-Ub Ubc = Ub-Uc
Ua=(Uab-Uca)/3 Ub =(Ubc-Uab)/3 Uc = (Uca-Ubc)/3
0 -100 -200 -300 -400
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
三相正弦电压产生的磁链，可以看 出电压的利用效率不高
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三次谐波注入
三相正弦电压波形
3
2
1
0
-1
-2
-3
0
2
4
6
8
10
12
14
+
三次谐波
0.8
0.6
0.4

0.2
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三相简易空仿间真矢量PWM
1.驱动电路和电机模型
A
US
B
C
UX UY UZ
ua R 0 0 ia L 0 0ia ea un
ub
0
R
0
ib
P
0
L
0
ib
eb
un
uc 0 0 Ric 0 0 Lic ec un
UN
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三相简易空仿间真矢量PWM
2.三相正弦调制 三相SPWM为最常见的正弦PWM生成方式,即对 电机三个端线施加相位相差120度的正弦电压信号,由于 中性点为O,因此电机相电压也为正弦,且相位与施加的 正弦电压相同〕如图所示
PWM 的产生
电压的 还原
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直流无刷简易正弦波控 制实现
系统结构如图，工作原理如下:霍尔输入信号经过自动滤波及采样处理, 得到可靠的换相信号,此信息可被用作估算转子角度以及转速，速度调 解器根据给定转速值以及反馈转速值计算正弦PWM的大小,位置估算单 元利用转速以及换相信息估算转子位置角Angle,通过超前角调整单元 补偿超前角v,得到总体Angle, SpWM单元利用PWM以及Angle信息生成 开关损耗最小SPWM,输出到逆变单元
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
0
2
4
6
8
10
12
14
3 2 1 0
= -1 -2 -3 -4 0
马鞍形波
2
4
6
8
10
12
14
马鞍形波的原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐 波，调制信号便呈现出马鞍形，而且幅值明显降 低，
于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下，可 以使基波幅值超过三角波幅值，提高了直流电压利用 率。在三相无中线系统中，由于三次谐波电流无通路 ， 所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波