三相電機(jī)的方波驅(qū)動(dòng)原理

采用方波驅(qū)動(dòng)時(shí)，每次只給三相電機(jī)中的兩相通電：一相連接到電源的 正極，一相連接到電源的負(fù)極，一相浮空。電流從電源的正極流入，進(jìn)入其 中一相，并從電機(jī)的另一相流出到電源的負(fù)極。如圖1所示，假設(shè)某一時(shí)刻，與A相連接的兩個(gè)功率管Q1和Q2關(guān)斷，電 機(jī)的A相浮空；與B相連接的上橋臂功率管Q3開通，B相連接到電源的正極。為了防止短路，上下兩個(gè)功率管不能同時(shí)開通，因此Q3開通的時(shí)候，Q4必須 關(guān)斷。與C相連接的上橋臂功率管Q5關(guān)斷，下橋臂功率管Q6開通，C相直接與 電源的負(fù)極連接。此時(shí)，電流從電源的正極進(jìn)入Q3，流入電機(jī)的B相，并從電 機(jī)的C相流出，最后通過C相的下橋臂功率管Q6進(jìn)入電源的負(fù)極。

圖 1?

逆變器驅(qū)動(dòng)電路 通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在定子磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生一定角度的旋轉(zhuǎn)。如 果這個(gè)時(shí)候根據(jù)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)，改變功率管的開通順序，轉(zhuǎn)子會(huì)持 續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)位置。根據(jù)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)，并按表1進(jìn)行周期性 通電，那么轉(zhuǎn)子會(huì)不停地從一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位置，從而周期性地旋轉(zhuǎn) 起來。

表1

每一次改變通電順序，稱為一次換向，一個(gè)電周期共需要6次換向， 這就是人們常說的六步換向。旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)始終保持適當(dāng)?shù)?角度差，要使電機(jī)產(chǎn)生的力矩增大，可以適當(dāng)調(diào)整定子磁場(chǎng)領(lǐng)先轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的 角度。表2是轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的霍爾傳感器輸出狀態(tài)與各相通電順序，即 5→1→3→2→6→4。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，順序正好相反。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器輸出狀態(tài)會(huì)隨著轉(zhuǎn)子磁極移動(dòng)而改變。因?yàn)槿嚅g隔120°電角度擺放，因此3個(gè)霍爾傳感器的輸出信號(hào)波形也是互相間隔 120°電角度。表 1霍爾傳感器輸出狀態(tài)與換向順序 Ha Hb Hc 開通的功率管 ua ub uc 1 0 1 Q3，Q6 × 1 0 0 0 1 Q3，Q2 0 1 × 0 1 1 Q5，Q2 0 × 1 0 1 0 Q5，Q4 × 0 1 1 1 0 Q1，Q4 1 0 × 1 0 0 Q1，Q6 1 × 0 每個(gè)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)會(huì)每隔180°改變一次，三相霍爾傳感器將整 個(gè)平面劃分為6個(gè)扇區(qū)，每隔60°電角度，3個(gè)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)組合會(huì) 改變一次。根據(jù)霍爾傳感器的狀態(tài)，不斷改變?nèi)嗤婍樞?，便可形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。霍爾傳感器的輸出狀態(tài)與位置關(guān)系如圖2所示。?

圖2

圖 2 霍爾傳感器的輸出狀態(tài)與位置關(guān)系 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓是成正比的，如果想改變轉(zhuǎn)速，改變開通的功率 管的PWM占空比即可。這樣一來，加在電機(jī)相線上的等效電壓就會(huì)改變，相 當(dāng)于直流有刷電機(jī)的調(diào)壓方式。常見PWM的調(diào)節(jié)方式有以下3種。

（1）H_PWM/L_ON，即其中一相的下橋臂一直開通，只調(diào)節(jié)另一相的 上橋臂。比如第一個(gè)狀態(tài)，Ub給正、Uc給負(fù)，Q3和Q6開通，電流從電源的正極經(jīng)Q3流向電機(jī)的B相，再經(jīng)C相流出，并經(jīng)Q6進(jìn)入電源的負(fù)極。此時(shí)可以只 調(diào)節(jié)上橋臂Q3的占空比，而Q6一直打開。

（2）H_ON/L_PWM，即其中一相的上橋臂一直開通，只調(diào)節(jié)另一相的 下橋臂。比如Q3常開，只調(diào)節(jié)Q6。

（3）H_PWM/L_PWM，即兩相橋臂對(duì)應(yīng)的功率管互補(bǔ)調(diào)節(jié)。比如，某 個(gè)區(qū)間內(nèi)，Q3和Q4為一組互補(bǔ)輸出，Q5與Q6為一組互補(bǔ)輸出，Q1和Q0關(guān)斷?；パa(bǔ)的好處是，上管關(guān)斷的瞬間電流可以由下管續(xù)流，而不經(jīng)過功率管的內(nèi) 部續(xù)流二極管，可以避免大電流損害功率管。PWM頻率一般在20kHz左右，一是因?yàn)楣β使艿哪芰τ邢?，二是為了盡 量避免高次諧波的干擾。

審核編輯：湯梓紅