電機(jī)控制之PWM斬波電路

PWM斬波電路一般采用固定頻率調(diào)脈寬的控制方式。這種控制方式通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來控制輸出電壓或電流。在PWM控制下，斬波器按照一定的頻率進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，但每次的脈沖寬度可以變化。通過改變脈沖寬度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓或電流的平均值。這種方式具有較好的調(diào)節(jié)范圍和靈活性，適用于對(duì)輸出電壓或電流要求較高或需要同時(shí)調(diào)節(jié)多個(gè)參數(shù)的場(chǎng)合。

PWM斬波電路的控制方式還包括頻率調(diào)制和混合調(diào)制。頻率調(diào)制是通過改變斬波器的開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓或電流。而混合調(diào)制則同時(shí)調(diào)節(jié)脈沖寬度和開關(guān)頻率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓或電流的更精確控制。

PWM控制的思想源于通信技術(shù)，理論基礎(chǔ)為面積等效原理。

什么是面積等效原理？即沖量相等而形狀不同的窄脈沖（占空比小的脈沖）加在具有慣性環(huán)節(jié)（不會(huì)突然變化。慣性環(huán)節(jié)因含有儲(chǔ)能元件，RC電路就是典型的慣性環(huán)節(jié)）上時(shí)，其效果基本相同。

PWM控制技術(shù)基本思想

我國(guó)交流電的頻率是50Hz，因此，交流電的波形是正弦波。那么，PWM控制技術(shù)的目標(biāo)就是用什么樣的信號(hào)或波形來代替這個(gè)正弦波交流電。這個(gè)信號(hào)可以是形狀不同的各種窄脈沖，如方波、三角波等。而在我們今天要講的電動(dòng)汽車中采用的是等幅但不等寬的脈沖來代替這個(gè)正弦波。

在這以半個(gè)正弦波為例進(jìn)行說明，將正弦半波進(jìn)行N等分，可以看成是N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等，如下圖a）所示。然后用矩形脈沖代替這N個(gè)寬度相等，幅值不等的脈沖，而矩形脈沖是等幅，不等寬的脈沖，如下圖b）所示。并且這個(gè)脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化。而這一系列等幅不等寬的脈沖，我們稱之為PWM波。

PWM控制過程

PWM控制技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，即PWM波，用PWM波來代替正弦交流電壓。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。如下圖所示，當(dāng)改變脈沖的周期（開關(guān)頻率）時(shí)，起到了改變輸出頻率的作用。

pwm斬波電路的優(yōu)缺點(diǎn)

PWM斬波電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：

高效性：PWM斬波電路可以有效地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和精確控制。

精確性：它以較高的分辨率調(diào)制電機(jī)的相電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精細(xì)控制，從而提高控制精度。

靈活性：PWM斬波電路可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和控制要求。

良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)：在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PWM斬波電路表現(xiàn)出快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

然而，PWM斬波電路也存在一些缺點(diǎn)：

噪聲和振動(dòng)：由于PWM斬波電路采用高頻PWM調(diào)制，可能會(huì)引起電機(jī)的電磁噪聲和機(jī)械振動(dòng)，需要采取適當(dāng)措施進(jìn)行抑制和減少。

開關(guān)損耗：PWM斬波電路在工作過程中，會(huì)頻繁關(guān)斷與導(dǎo)通主開關(guān)，從而增加了開關(guān)損耗。

審核編輯：黃飛