从系列:电机控制
Melda Ulusoy, MathWorks
此视频讨论PWM脉冲宽度调制和两种不同的体系结构来实现PWM控制用于控制一个直流无刷电机的速度。
PWM是,在一定的频率重复自身的方波信号。每个PWM周期被称为一个时期,和时间的百分比在一定期间内的PWM信号是在确定所述占空比。随着PWM,我们能够调整一个恒定的直流电压,以不同的电压等级。这有助于我们以不同的速度控制电机。视频演示了PWM控制两种常见的架构。在第一个中,我们使用的降压变换器与PWM发生器沿所述DC源电压降压到三相逆变器。在第二个中,我们讨论不同的体系结构,其中所述三相电压使用PWM控制直接调制。
查看该系列影片学习如何建立这个高科技视频通话使用的模型。
本视频中使用的型号可在这GitHub库.
在此视频中,我们将学习PWM或脉冲宽度调制是什么以及它如何用于控制BLDC电机的速度。以前,我们讨论了如何通过调节提供给三相逆变器的DC电压来以不同的速度控制BLDC电机。在该模拟中,我们使用了理想的电压源,使我们能够产生由控制器命令的不同的直流电压电平。但实际上,DC电压源我们提供了一种固定电压,我们需要使用称为PWM或脉冲宽度调制的技术进行调制,然后将其提供给三相逆变器。
这是PWM信号的样子。它基本上是一个方波信号以特定的频率重复。为了理解PWM如何帮助电压调制,让我们看一个例子。假设我们有一个直流电压源,可以提供0伏或100伏的电压。为了在不同的速度下控制电机,我们需要从0到100伏特的电压值。PWM的作用类似于一个开关,它取直流电压,并将其应用到电机上,通过一系列特定频率的通、关脉冲。每个PWM周期被称为一个周期,在一个给定的周期内,PWM信号开启的时间百分比就是占空比。例如,如果我们有50%的占空比,这意味着在每个周期中有一半时间信号是开的,另一半时间信号是关的。当我们用这个驱动一个电机时,电机看到的有效电压将是这个PWM信号的平均值,也就是50伏。我们可以把100伏的直流电压用50%占空比的脉冲开关来产生50伏的电压。
现在,如果保持更改占空比,则可以连续调制此信号,并在0到100伏之间创建不同值的整个范围,以控制电机以不同的速度。注意占空比越长,我们得到的电压越高。现在我们知道PWM控制对电机看到的输出电压具有平均效果。要获得此平均效果,我们应该在选择PWM频率时要小心,由1 /周期计算。如果开关频率太低,而不是看到平均电压,电机将看到试图遵循方波形状的电压。这将导致跟踪参考速度差,电机将继续加速和放慢速度。但是,当我们将PWM频率增加到某个合理值时,将平均电压,这将提高速度控制性能。请注意,涟漪会由于PWM的开关性质发生。通常,控制BLDC电机的PWM频率约为几千赫兹的顺序,并且需要选择远高于电机时间常数的倒数。
现在我们已经从概念上讨论了PWM,我们将看看用于实现PWM的两种常见架构。这是第一个。在这个模型中,我们希望无刷直流电机跟踪从0到600转/分钟逐渐上升的所需速度。这个模型包含类似的块,我们在之前的视频中看到,除了这一部分,我们使用降压转换器实现PWM控制。buck变换器用来调节直流电源电压到不同的电压水平,以便能够在不同的速度下控制无刷直流电机。在这个仿真中,buck变换器的输入是由提供500伏电压的直流电压源块提供的。让我们看看这个子系统的内部,了解降压转换器是如何工作的。我们在这里看到的是一个PWM发生器,它产生1khz的方波信号。如果我们向上,我们看到PWM发生器的输入是占空比,这是由控制器决定的。由PWM发生器产生的信号在0和1之间波动,并控制降压转换器的两个开关的通断持续时间。 Depending on this duration, we observe a different amount of voltage drop at the output of the buck converter.
在这里,我们测量两个电压;一个在降压转换器,其是直流电源电压,并在降压转换器,其为我们提供了调制的DC电压,然后提供给三相逆变器的输出端的第二个的输入。现在,我们要运行这个模型,看看这两个电压以及基准和测量速度。
在上图,我们可以看到,直流电源电压为500伏。第二个节目我们由降压转换器的经调制的直流电压。由于电压调制的结果是,我们能够在我们这里看到不同的速度来控制电机。在此,所测量的速度显示为橙色成功地跟踪在绿色显示的所希望的速度。
我们使用这种结构,其中的PWM发生器用于沿与降压转换器,以提供调制的DC电压提供给三相逆变器所讨论的BLDC速度控制。让我们来看看第二个体系结构看PWM控制是如何在这一个实现。我们在这里看到的第一件事是,这种模式不使用降压转换器。在第一个模型中,我们进行了调制提供给三相逆变器上的电压。但是,在这个模型中,我们直接调制相位电压。在这里,PWM下,我们会在下次细看换向逻辑子系统使用。
这里是PWM发生器。按照这个逻辑,我们在这里看到,PWM发生器输出可确保直流电源电压是脉冲式开启和关闭基于扇区的转子是在激励正确的阶段。最简单的方法来了解正在这里进行电压调制就是模拟这个模型,观察相电压。现在,我们将运行模式,看看速度,行业,A相和C相电压。由于在速度图表中所见,在这一地区的速度是恒定的。所以,让我们放大到这里,以更好地看到随着马达以恒定的速度运行了多相位电压的变化。按照这个逻辑,当转子是让我们在一个部门说,这两个输入选择。这一个分别命令为A和C相的高和低信号。和这个输入通过发送低信号到A和高信号到C. PWM发生器根据它的占空比这两个状态之间切换,并且作为在这里的结果,我们看到如何相位-A和相位不完全相反ç电压脉冲和关断伏+/- 250之间是+/- DC源电压/ 2。当相电压被调制这样的,由电动机看到的有效电压将被平均。
记得在前面我们讨论了反电动势是如何在非交换阶段产生的。在图中看到的反电动势电压给了我们一个关于电机所看到的平均电压的线索。例如,当A相没有被换向时,这是A相反电动势电压,这告诉我们,电机看到的A相电压大约是整个区域的电压为25伏,而电机看到的c相电压约为-25伏。利用这个线索,我们可以简单地算出在剩余的换相期间的有效电压是多少。
总之,我们讨论了PWM的概念以及它如何用于以不同的速度控制BLDC电机。我们还讨论了PWM的两个常见实现,并模拟了这些模型,仔细研究了PWM控制期间的电压和速度特性。您还可以查看我们的其他视频系列,我们展示了如何构建我们在这些技术谈话视频中使用的模型。请找到以下系列的链接。
在下一个技术谈话视频中,我们将讨论PMSM电机和面向现场控制。有关BLDC和PMSM电机控制的更多信息,请不要忘记查看此视频下面的链接。
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