三相电机的方波驱动原理

采用方波驱动时，每次只给三相电机中的两相通电：一相连接到电源的 正极，一相连接到电源的负极，一相浮空。电流从电源的正极流入，进入其 中一相，并从电机的另一相流出到电源的负极。如图1所示，假设某一时刻，与A相连接的两个功率管Q1和Q2关断，电 机的A相浮空；与B相连接的上桥臂功率管Q3开通，B相连接到电源的正极。为了防止短路，上下两个功率管不能同时开通，因此Q3开通的时候，Q4必须 关断。与C相连接的上桥臂功率管Q5关断，下桥臂功率管Q6开通，C相直接与 电源的负极连接。此时，电流从电源的正极进入Q3，流入电机的B相，并从电 机的C相流出，最后通过C相的下桥臂功率管Q6进入电源的负极。

图 1 

逆变器驱动电路 通电线圈产生磁场，在定子磁场的作用下会产生一定角度的旋转。如 果这个时候根据霍尔传感器的输出状态，改变功率管的开通顺序，转子会持 续转动到下一个位置。根据霍尔传感器的输出状态，并按表1进行周期性 通电，那么转子会不停地从一个位置运动到另一个位置，从而周期性地旋转 起来。

表1

每一次改变通电顺序，称为一次换向，一个电周期共需要6次换向， 这就是人们常说的六步换向。旋转时，定子磁场和转子磁场始终保持适当的 角度差，要使电机产生的力矩增大，可以适当调整定子磁场领先转子磁场的 角度。表2是转子逆时针旋转时的霍尔传感器输出状态与各相通电顺序，即 5→1→3→2→6→4。顺时针旋转时，顺序正好相反。转子旋转时，霍尔传感器输出状态会随着转子磁极移动而改变。因为三相间隔120°电角度摆放，因此3个霍尔传感器的输出信号波形也是互相间隔 120°电角度。表 1霍尔传感器输出状态与换向顺序 Ha Hb Hc 开通的功率管 ua ub uc 1 0 1 Q3，Q6 × 1 0 0 0 1 Q3，Q2 0 1 × 0 1 1 Q5，Q2 0 × 1 0 1 0 Q5，Q4 × 0 1 1 1 0 Q1，Q4 1 0 × 1 0 0 Q1，Q6 1 × 0 每个霍尔传感器的输出状态会每隔180°改变一次，三相霍尔传感器将整 个平面划分为6个扇区，每隔60°电角度，3个霍尔传感器的输出状态组合会 改变一次。根据霍尔传感器的状态，不断改变三相通电顺序，便可形成旋转磁场， 使电机转动起来。霍尔传感器的输出状态与位置关系如图2所示。 

图2

图 2 霍尔传感器的输出状态与位置关系 直流电机的转速和电压是成正比的，如果想改变转速，改变开通的功率 管的PWM占空比即可。这样一来，加在电机相线上的等效电压就会改变，相 当于直流有刷电机的调压方式。常见PWM的调节方式有以下3种。

（1）H_PWM/L_ON，即其中一相的下桥臂一直开通，只调节另一相的 上桥臂。比如第一个状态，Ub给正、Uc给负，Q3和Q6开通，电流从电源的正极经Q3流向电机的B相，再经C相流出，并经Q6进入电源的负极。此时可以只 调节上桥臂Q3的占空比，而Q6一直打开。

（2）H_ON/L_PWM，即其中一相的上桥臂一直开通，只调节另一相的 下桥臂。比如Q3常开，只调节Q6。

（3）H_PWM/L_PWM，即两相桥臂对应的功率管互补调节。比如，某 个区间内，Q3和Q4为一组互补输出，Q5与Q6为一组互补输出，Q1和Q0关断。互补的好处是，上管关断的瞬间电流可以由下管续流，而不经过功率管的内 部续流二极管，可以避免大电流损害功率管。PWM频率一般在20kHz左右，一是因为功率管的能力有限，二是为了尽 量避免高次谐波的干扰。

审核编辑：汤梓红