H型双极模式PWM控制的功率转换电路设计
来源： 作者： 发布时间：2015-01-26 08:15:46 浏览量：实验
设计完H型双极模式PWM控制的功率转换电路后，还要确定合理的PWM开关频率，才能进一步减小功率损耗、实现H型双极模式PWM控制在大功率伺服系统中的应用。
PWM开关频率的计算
合理的开关频率不但可以进一步减小功率损耗、提高效率，而且还可以使系统性能与连续系统的性能相差无几。综合来看，开关频率的确定，受到很多相互矛盾的因素决定：
①为了改善静摩擦对伺服系统低速性能的影响、使得电动机在零位处于动力润滑状态，因 此双极模式PWM控制工作时考虑微振特性的开关频率应满足公式(4);
②为了使开关频率不至于对系统的动态性能产生不良影响，频率应远大于伺服系统本身的 通频带fc，一般应满足经验式(5);
③为了避免引起共振，开关频率应该高于系统中所有回路的谐振频率;
④为了提高电动机的利用率，必须限制电流脉动量$Ia，应该满足式(6);
⑤开关频率的上限要受到IGBT的开关损耗和开关时间的限制，应满足经验式(7)。
以某三轴飞行仿真转台方位轴伺服系统为例进行计算，该转台是我们目前国内功率最大的转台之一，功率为11000W，其中方位轴伺服系统的功率为7200W。三轴飞行仿真转台方位轴电动机参数如下：力矩系数KT=82.3N?m/A，供电电压Us=+120V，电枢电阻Ra=2.48Ω，电枢电感La=0.019H，电机轴上静摩擦力矩Tf=21010N?m，系统通带频率fc=34Hz，额定电流IN=60A，启动电流Is≈I功率电感器N，αs=Is/IN≈1，Te=La/Ra=0.0079。
由式(4)～(7)确定开关频率范围340Hz
电感器符号图5功率损耗曲线
试验结果
在某三轴飞行仿真转台方位轴伺服系统中采用可逆单极模式PWM控制时，方位轴伺服系统的能够启动的最电感器厂家低平稳速度为0.05°/s;而采用了本文设计的功率转换电路的H型双极模式PWM控制时，能够启动的最低平稳速度为0.01°/s，如图6所示(横坐标轴为采样点，采样频率400Hz)，方位轴伺服系统的低速特性得到了明显的提高。图6某三轴转台方位轴伺服系统的启动速度曲线由于电枢电流有脉动量，电动机会有高频颤动，系统的最低平稳速度随之也有脉动;但脉动量很小，小于0.00025°/s，仅为速度值2.5%。
结论
本文设计的H型双极模式PWM控制的功率转换电路，减小了双极模式PWM控制的功率损耗;通过计算合理的开关频率，功耗进一步减小。使得H型双极模式PWM控制应用在大功率伺服系统中。实际工程应用表明：其应用在某三轴飞行仿真转台的方位轴大功率伺服系统中，明显提高了伺服系统的低速特性;这种提高系统低速特性的方法，在工程实际中具有简单易行的优点。这种功率转换电路设计在改善大功率电感生产伺服系统低速特性中具有较好的实际应用价值。
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