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[导读]摘要:为解决PWM功率放大器输出长线传输引发的波形畸变,可能伤及力矩电动机的问题,对实际系统结构进行了理论分析,找出了可能引发波形畸变的原因,并给出了3种解决方法。实际试验结果证实所给方法的有效性。
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摘要:为解决PWM功率放大器输出长线传输引发的波形畸变,可能伤及力矩电动机的问题,对实际系统结构进行了理论分析,找出了可能引发波形畸变的原因,并给出了3种解决方法。实际试验结果证实所给方法的有效性。
关键词:PWM功率放大器;长线传输;波形畸变;滤波器

    PWM型功率放大器,因其效率高、体积小,重量轻,即功率密度大等原因,广泛应用于电动机的驱动等场合。
    PWM型功率放大器的输出,是一种频率固定,占空比可连续调节变化的脉冲信号。由于长线(功率放大器与负载之间的连接导线,具有等效电阻和等效电感)传输;以及PWM型功率放大器的布板;功率元器件、滤波电容器的选型及容值(容值与负载电流相关、额定电压与功率电源电压相关)的选择;开关死区等的影响,从负载端(电动机输入端)测量时,调宽脉冲的上升沿和下降沿均会附加上一个振荡衰减型的尖峰干扰,可能会对电动机或其它设备造成干扰、损伤甚至破坏,因此必须对该输出信号进行波形整型,剔除尖峰干扰,恢复为近似理想波形。

1 形成尖峰干扰的原因
   
工程实际中的高电压、大电流型PWM波,在其上升沿和下降沿可能附加振荡衰减型尖峰干扰(如图1所示)。而与之相对应的近似理想波形(如图2所示)。

a1.jpg

a.JPG


    具有PWM型功率放大器、传输长线、吸收和滤波网络、电动机的等效电原理图如图3所示(图中虚线内部分为附加的吸收网络)。
    图3中:
    g.jpg
b.JPG
    由(2)式、(4)式可知,传输长线的等效电感、电动机的绕组电感和电动机的反电动势,是引起附加尖峰扰动的原因。

2 干扰尖峰的剔除
   
调宽脉冲上附加的尖峰干扰的剔除,从原理上来讲,有3类方法:一种是吸收,另一种则是滤波,最后是短线传输法。3种方法各有优缺点,可按实际情况进行取舍。
    1)滤波法
    功率电路中,一般均采用LC滤波方式,此时电感串在电动机回路,电容并联在电动机引线两端,此时电感通过的电流较大,引起其体积较大;电容充放电时,因为其等效电阻的存在,很容易发烫。因此,这种方法一般不可取。如图4所示。

c.JPG


    2)吸收法
    吸收一般采用2种方法,阻容网络吸收和电容吸收。
    阻容网络吸收,是将串联的电阻和电容,与电动机的输入端紧挨并联。如图5所示。

d.JPG


    实际上,阻容网络吸收中,仅低ESR电容即可形成回路,吸收尖峰干扰。但是因为电容的瞬时充、放电电流很大,致使其温度很快升高。串入电阻的目的即使为了减小瞬态电流,降低温升。
    阻容吸收网络,虽然结构简单,所需元件数目较小,但其普适性较差,其参数需要临时配置。
    电容吸收是用无感电容并联紧挨PWM功率放大器。因该电容的体积较大,一般不予采用,另外,其适用性尚待验证。
    3)短线传输法
    将PWM功率放大器尽可能地靠近电动机,减小传输距离,是去除尖峰干扰的最直接的方法。

3 试验验证
   
1)阻容式吸收网络试验结果
    当以功率转换电源电压为80 V。4 kHz的PWM载波频率,经50 m长线传输,加载于某一直流永磁力矩电动机时,从电动机端测量电动机两端的电压,其波形如图6所示,对应数据如表1所示:加入阻容吸收网络后的电动机端电压波形对应数据如表2所示。

e1.jpg

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4 结论
   
由试验波形和数据数据,可以得出以下结论:加入阻容式吸收网络后,基本去掉尖峰扰动,获得准理想波形;所用电阻和电容的量值,需根据实际情况而定。
    从PWM功率放大器+传输长线+附加网络+电动机的整体构成角度出发,对其进行了理论分析,给出可能引发波形畸变的因素,并给出了几种解决方法,实际测试结果,验证了设计的可行性。

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