此部分能量浪费在电枢内部电阻上,转变为热能。由直流电动机稳态运行时的基本方程式:
UAB=Ea+EovRa (6)
其中:Ea为电动机的感应电动势式(6)两边同时乘以Iov:
UABIov=EaIov+Iov2Ra (7)
即:Pout=PM+Ploss (8)
故电磁功率为:
PM=Pout-Ploss=148.61 W-23.96 W=124.65 W (9)
此部分功率由电功率转换为电磁功率,从而拖动天线,测得天线的实际转速n=6 r/min。此时的转换效率为:

H型双极性PWM的电机电枢两端的平均电压可以表示为:
UAB=α(Vbus-2VCE(sot)-(1-α)(Vbus-2VCE(sot))=(2α-1)(Vbus-2VCE(sot)),α为占空比 (11)
当α=50%时,此时UAB=0 V,电动机停止转动。但是此时电机电枢两端的电流是交变通断的,因此会消耗功率电枢内部电阻上,同时IGBT由于每个周期的交替导通和关断,会存在4个IGBT开关损耗。与单极性PWM占空比α=90%相对应的双极性PWM占空比为UAB=95%,此时电枢两端平均电压=86.4 V。但在一个开关周期里,比单极性PWM电路要多出两个IGBT开关损耗,同时电枢内部电阻在整个开关周期里都消耗功率。因此可以发现,双极性PWM较单极性PWM电路在拖动天线时,浪费在开关损耗和铜损上的功率更多,从而导致转换效率的降低,也降低了天线的转速。
3 结论
上面设计的H型单极性PWM电路,克服了双极性PWM电路在电机停止转动时仍然有损耗的缺点;在电机运转时,功耗也相应减小,提高了转换效率,进一步提高了转速。目前,市场上类似的H桥驱动器也能够完成上述功能,比如美国国家半导体的LMD18200。但是类似的集成芯片母线供电电压一般较低(一般只有几十伏)、功率有限、而且价格昂贵。文中设计的电路,仅通过增加逻辑实现H型单极性PWM功能,母线供电电压可高达上百伏。
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