高PWM频率驱动电动机的好处

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我们知道现代多采用PWM方式来对直流电机进行调速。其实我们所说的PWM方式仅是从信号学角度而言，在实际驱动电机的那部分功率电路被叫做直流降压斩波器。在《电机控制学》或者《功率电子学》中对直流降压斩波器都进行过详细的讨论。主要是讨论斩波器通断时长对电机内电枢电流以及电机运行机械特性的影响，主要结论是如果电机内电枢电流在工作时不能一直保持连续，那么电机的机械特性将明显偏离理论特性，变的很软。那么如何才能使电机内电枢电流连续呢？我们知道斩波器是靠一通一断来对电机调速的，通电的时间长电机转的快，断电的时间长，电机转的慢。在断电的时期，电枢绕组的电感将通过续流二极管维持通电时的电流持续一会儿，电感越大维持的电流时间越长。如果在电感较小的情况下，电流显然维持不了很长时间，这样就需要提高PWM的频率来使断电的时间减少。这样一来，电流便可以实现连续。

        选择高的PWM频率还可以使电机运行的噪声得以减小，这是因为现在的无刷电调普遍采用10KHz左右的PWM频率,这个频率正好在人耳能听到的频率,因而即便是在电机转速很低的情况下也会发出很大的声响。使用高PWM频率驱动的电机则可以避免上述情况，如果配合优良的电机就完全可以使做到几乎无声的运行。

        同时高的PWM还有助于电机效率的提高，电机运行时主要由铜耗，铁耗，及寄生负载损耗。其中最主要的是铜耗和铁耗。铜耗主要是指电机绕组的电阻所消耗的功率，因为PWM波形是一种占空比可变的方波，通过傅立叶变换我们可以知道这种波是多个频率叠加合成的，比如说PWM频率为f的方波是由直流，以及频率为f，3f，7f...(2n+1)f的无限多个正弦波组成,这些直流和正弦波都会因为电机的绕组电阻而损耗能量。直流引起的损耗都是一样的，但是交流分量的损耗就和频率有很大的关系，确切的说是频率越高的交流分量引起的损耗越小，这可以通过计算一个串联了电感和电阻的电路来得到这一结论，所以提高PWM频率确实有助于电机铜耗的减小。我们再来看看电机的铁耗，铁耗和铁芯中磁场的变化有关，而铁芯中的磁场的改变和绕组电流的改变是对等的，我们在上面分析了PWM频率较低的情况下，电机绕组的电流时断时续，电流的幅值变化很大很快，铁芯中的磁场也必然改变地又大又快，这样铁芯涡流必然增加强度，铁损也必然上升了。

        提高PWM频率还有助于提高整个电机系统的响应频带，是系统快速响应性能好，动态抗扰能力强。同时低速运行平稳，调速范围宽。