根據控制的復雜程度，直流無(wú)刷電機的正弦波控制可分為：簡(jiǎn)易正弦波控制與復雜正弦波控制。

01

簡(jiǎn)易正弦波控制

對電機繞組施加一定的電壓，使電機相電壓為正弦波，由于電機繞組為感性負載，因此電機相電流也為正弦波。通過(guò)控制電機相電壓的幅值以及相位來(lái)控制電流的相位以及幅值，為電壓環(huán)控制，實(shí)現較為簡(jiǎn)單。

02

復雜正弦波控制

與簡(jiǎn)易正弦波控制不同，復雜的正弦控制目標為電機相電流，建立電流環(huán)，通過(guò)直接控制相電流的相位與幅值達到控制電機的目的。由于電機相電流為正弦信號，因此需要進(jìn)行電流的解耦操作，較為復雜，常見(jiàn)的為磁場(chǎng)定向控制（FOC）及直接轉矩控制（DTC）等。

下面介紹簡(jiǎn)易正弦波控制的原理及其實(shí)現。

簡(jiǎn)易正弦波控制原理

簡(jiǎn)易正弦波控制即通過(guò)控制電機正弦相電壓的幅值以及相位達到控制電機電流的目的。通常通過(guò)在電機端線(xiàn)施加一定形式的電壓來(lái)使繞組兩端產(chǎn)生正弦相電壓。常見(jiàn)的生成方式為：正弦PWM以及空間矢量PWM。由于正弦PWM原理簡(jiǎn)單且便于實(shí)現，因此簡(jiǎn)易正弦波控制中通常采用其作為PWM生成方式。圖1為BLDC控制結構圖，其中Ux、Uy、Uz為橋臂電壓，Ua、Ub、Uc為電機繞組的相電壓，以下對于不同種類(lèi)的PWM調制方式的介紹將基于此結構圖進(jìn)行。

圖1 直流無(wú)刷電機控制框圖

Part 1

三相正弦調制PWM

三相SPWM為最常見(jiàn)的正弦PWM生成方式，即對電機三個(gè)端線(xiàn)施加相位相差120度的正弦電壓信號，由于中性點(diǎn)為0，因此電機相電壓也為正弦，且相位與施加的正弦電壓相同。如圖2所示。

圖2 三相調制SPWM端線(xiàn)電壓

Part 2

開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM

與常見(jiàn)的SPWM不同，采用開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM時(shí)，施加在電機端線(xiàn)上電壓Ua、 Ub、Uc并非正弦波電壓，此時(shí)電機中心點(diǎn)電壓并非為0，但是電機相電壓仍然為正弦。因此此類(lèi)控制方式為線(xiàn)電壓控制。

其中Ux、Uy、Uz為電機端線(xiàn)電壓，Ua、Ub、Uc為電機相電壓，可見(jiàn)相電壓相位差為120度。Ux、Uy、Uz與Ua、Ub、Uc的關(guān)系如下：

合并后，Ux，Uy，Uz如下：

可見(jiàn)采用開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM時(shí)，Ux，Uy，Uz相位差120度，且為分段函數形式，并非正弦電壓，而電機相電壓Ua、Ub、Uc仍然為正弦電壓。且在120度區內端線(xiàn)電壓為0，即對應的開(kāi)關(guān)管常開(kāi)或常關(guān)。因此與三相正弦PWM相比，開(kāi)關(guān)損耗減少1/3。

通過(guò)控制Ux，Uy，Uz的相位以及幅值即可以控制Ux，Uy，Uz，實(shí)現控制電流的目的。

Part 3

空間矢量脈寬調制（SVPWM）

與SPWM不同，SVPWM施加在電機端線(xiàn)上電壓并非等效正弦波電壓，此時(shí)電機中心點(diǎn)電壓并非為0，但電機相電壓仍然為等效正弦，從而使得電機相線(xiàn)電流也成正弦變化規則。

三相全橋逆變器共8種開(kāi)關(guān)模式，分別對應八個(gè)基本電壓空間矢量U0~U7，U0和U7為零矢量，位于原點(diǎn)。其余6個(gè)非零矢量幅值相同，相鄰矢量間隔60°。根據非零矢量所在位置將空間劃分為六個(gè)扇區�？臻g矢量脈寬調制就是利用U0~U7的不同組合，組成幅值相同、相位不同的參考電壓矢量Uref，從而使矢量軌跡盡可能逼近基準圓。

圖3 基本空間矢量在空間的分布

圖4為參考電壓在第一扇區，有兩個(gè)非零矢量U1U2和零矢量合成，當參考電壓進(jìn)入下一個(gè)扇區，采用新的相鄰兩個(gè)矢量與零矢量進(jìn)行合成�；�于矢量合成規則，在符合T1+T2 《= Tpwm條件下，并要求任意角度下V1和V2都能合成出的矢量，所以Uref_max=√3/2 Udc。調制度M=Uref/（Uref_max）=Uref/（√3/2 Udc）。

圖4 參考電壓在第一扇區矢量合成方法

由三角正弦定理可知：

θ角度的推算和前面SPWM里的方法是一樣的。為了減少三角函數計算同樣采用代碼內置Sin三角函數表為了獲得最佳的諧波性能和最小開(kāi)關(guān)損耗，目前主要有7段式和5段式空間矢量合成方法。

對比7段式和5段式可知，兩者在零矢量的分配上存在很大的區別，單個(gè)PWM周期內，5段式方法將零矢量集中插入在中間，轉矩脈動(dòng)大，在低頻時(shí)會(huì )導致明顯的走走停停不平穩現象，而7段式方法中零矢量的一半被插入在PWM周期的中間，另一半插入在PWM周期的兩邊，這樣可以使得磁鏈的運轉更加平穩，減少電機轉矩的脈動(dòng)，使得低頻時(shí)特性明顯好于5段式，高頻時(shí)特性差異不大。但5段式方法中每個(gè)PWM周期中，總有一相橋臂的開(kāi)關(guān)管狀態(tài)不需要改變，而在7段式方法中，每一相橋臂的開(kāi)關(guān)管都需要開(kāi)關(guān)各一次，5段式比7段式開(kāi)關(guān)次數減少1/3，所以5段式的開(kāi)關(guān)功耗是最小的。綜合來(lái)說(shuō)在PWM周期達到10KHz以上，5段式更加合適。

舉例：角度θ=30°，力矩百分比M=50%，PWM頻率20KHz，求三相各PWM的占空比。

以上是關(guān)于直流無(wú)刷電機的正弦波控制的簡(jiǎn)要介紹。