无刷直流电机控制研究+Matlab仿真模型(8)
采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，如下图所示。这是所有PWM技术的最根本的理论基础。
图2-9 冲量等效原理
把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为t1，每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比γ为
图2-10 PWM调制原理
此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率是，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频变压的效果，所以通过调节占空比,可以实现调节输出电压的目的,而且输出电压可以无级连续调节。
下面介绍两种最常用的PWM控制技术
①等脉宽PWM法
VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。
②SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，是目前使用较广泛的PWM法。如果将一个正弦波半个周期划分N等份，每一份的正弦波形下的面积可用一个与该面积近似相等的矩形来代替，于是正弦波所包围的面积可以用着N个等幅不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。在工程应用中感兴趣的是基波分量，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m与脉宽δi有线性关系，如下式
(2-2)
上式说明，逆变器输出基波电压幅值随调制脉冲的宽度而变化，只要采取措施，利用控制信号去调节脉宽，即可调节基波幅值。半周期内的脉冲数N越多，谐波抑制效果越明显。
在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦波规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔较小。反之，当正弦波值较小时，脉冲的宽度也最小而脉冲间的间隔则较大。这就是SPWM控制法。
2.6无刷直流电机电子换相器
在一般的直流电动机中，电枢绕组元件有某一支路进入另一支路式，元件中的电流和电动势都要改变方向。绕组元件中电动势方向的改变，是由绕组元件的元件边在电枢旋转过程中，轮流切割定子的N极和S极磁通直接产生，而绕组而绕组元件中电流方向的改变，是由换向器和电刷所组成的机械整流器（装置）来完成。
为消除一般直流电动机所存在的一些弊病，人们研发出的以电子换相代替机械换向的直流无刷电动机，实质上是一个由电动机本体、功率开关主电路及转子磁极位置传感器等三部分组成的闭环系统。这里且称为无刷直流电机的基本系统。把基本系统中的功率开关电路、转子磁极位置传感器及相关的电子电路合并在一起称为电机换向器。其主要功能是确保直流无刷电动机在运行过程中，定子、转子两磁场始终基本上保持正交，以提高运行效能。
由于位置传感器、功率开关在前面一节已经讲述，故这里只涉及到无刷直流电机定子绕组通定子换相器之间的各种连接方法和特点，由于大多数无刷直流电机的定子绕组为三相绕组，故以三相绕组作为重点讲述。