H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與分析

②為了使開(kāi)關(guān)頻率不至于對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生不良影響，頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于伺服系統(tǒng)本身的 通頻帶fc，一般應(yīng)滿足經(jīng)驗(yàn)式(5);

　?、蹫榱吮苊庖鸸舱?，開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)該高于系統(tǒng)中所有回路的諧振頻率;

　?、転榱颂岣唠妱?dòng)機(jī)的利用率，必須限制電流脈動(dòng)量$Ia，應(yīng)該滿足式(6);

　?、蓍_(kāi)關(guān)頻率的上限要受到IGBT的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)時(shí)間的限制，應(yīng)滿足經(jīng)驗(yàn)式(7)。

　　以某三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸伺服系統(tǒng)為例進(jìn)行計(jì)算，該轉(zhuǎn)臺(tái)是我們目前國(guó)內(nèi)功率最大的轉(zhuǎn)臺(tái)之一，功率為11000W，其中方位軸伺服系統(tǒng)的功率為7200W。三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下：力矩系數(shù)KT=82.3N?m/A，供電電壓Us=+120V，電樞電阻Ra=2.48Ω，電樞電感La=0.019H，電機(jī)軸上靜摩擦力矩Tf=21010N?m，系統(tǒng)通帶頻率fc=34Hz，額定電流IN=60A，啟動(dòng)電流Is≈IN，αs=Is/IN≈1，Te=La/Ra=0.0079。

　　由式(4)～(7)確定開(kāi)關(guān)頻率范圍340Hz

　　圖5功率損耗曲線

　　試驗(yàn)結(jié)果

　　在某三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸伺服系統(tǒng)中采用可逆單極模式PWM控制時(shí)，方位軸伺服系統(tǒng)的能夠啟動(dòng)的最低平穩(wěn)速度為0.05°/s;而采用了本文設(shè)計(jì)的功率轉(zhuǎn)換電路的H型雙極模式PWM控制時(shí)，能夠啟動(dòng)的最低平穩(wěn)速度為0.01°/s，如圖6所示(橫坐標(biāo)軸為采樣點(diǎn)，采樣頻率400Hz)，方位軸伺服系統(tǒng)的低速特性得到了明顯的提高。圖6某三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸伺服系統(tǒng)的啟動(dòng)速度曲線由于電樞電流有脈動(dòng)量，電動(dòng)機(jī)會(huì)有高頻顫動(dòng)，系統(tǒng)的最低平穩(wěn)速度隨之也有脈動(dòng);但脈動(dòng)量很小，小于0.00025°/s，僅為速度值2.5%。

　　結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)的H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路，減小了雙極模式PWM控制的功率損耗;通過(guò)計(jì)算合理的開(kāi)關(guān)頻率，功耗進(jìn)一步減小。使得H型雙極模式PWM控制應(yīng)用在大功率伺服系統(tǒng)中。實(shí)際工程應(yīng)用表明：其應(yīng)用在某三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的方位軸大功率伺服系統(tǒng)中，明顯提高了伺服系統(tǒng)的低速特性;這種提高系統(tǒng)低速特性的方法，在工程實(shí)際中具有簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)。這種功率轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)在改善大功率伺服系統(tǒng)低速特性中具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。