三电平 PWM 整流器优化的能量回馈转矩伺服驱动器研究

本文主要探讨了能量回馈型高精度转矩伺服系统驱动器的研究，针对解决驱动器能量回馈问题的关键，文章着重于整流侧电路的拓扑结构和控制策略的选择。传统的驱动器通常采用二极管不可控整流器，导致能量只能单向传递，而在电机频繁制动时，如在模拟飞行器舵面载荷时，电机会在电动和制动状态间切换，这使得系统能量回收效率低下，能耗增加且频宽受限。 为了改善这种情况，作者提出了一种创新的解决方案，即采用单相三电平PWM（脉宽调制）整流器。这种整流器结构的优势在于其双向开关（IGBT和四个二极管）组成的电路能够实现单极性PWM电压波形，从而在交流侧产生更高效的功率转换。这种拓扑允许电机制动时，通过反馈机制将多余的能量回馈到电网，减少了外部电阻负载的需求，提高了电能利用效率，同时也拓宽了系统的频宽，降低了能量损失和热能累积。 在实际应用中，作者构建了一个能量回馈型负载模拟器，通过为后端五电平H桥驱动器提供直流电源，实现了转矩控制系统的改进。这种设计对于需要高精度、宽频带运行的伺服系统尤其重要，例如在飞行器舵面模拟等领域，能够有效缩短研发周期，降低费用，提高系统的可靠性和成功率。 文章详细分析了单相三电平有源前端的拓扑结构和控制电路，展示了如何通过优化设计来提高驱动器的性能，减少负载波动，并且在电机制动时实现有效的能量回馈。这对于推动高精度伺服系统的发展，特别是在能量管理方面，具有重要的理论和实践价值。