交流调速技术学习指导(第三章).doc

学习指导（详解） 第3章 脉宽调制(PWM)控制技术 3.1 PWM型变频器的工作原理 1、脉宽调制概念 脉宽调制是用脉冲宽度不等的一系列矩形脉冲去逼近一个所需要的电压或电流信号。 2、PWM型变频器的基本控制方式 （1）“△”波调制法 如图3-1，三角波调制法利用三角波电压与参考电压（通常为正弦波）相比较，以确定各分段矩形脉冲的宽度，从而得到所需要的PWM脉冲。 “△”波调制法的电路原理如图3-1a所 示，在电压比较器A的两输入端分别输入 正弦波参考电压和三角波电压，在 A的输出端便得到PWM调制电压脉冲。 PWM脉冲宽度的确定可由图3-1b看 出。由于和分别接至电压比较器A 的“-” 和“+”输入端，显然当时， A的输出为高电平，反之，时，输出 为低电平。图3-1b中与的交点之间的 距离随参考电压的大小而变，而该交点之 间的距离决定了电压比较器输出电压脉冲的宽度，因而可得到幅值相等而脉冲宽度不等的PWM电压信号。 （2）控制方式 从三角波电压与参考电压的频率来看， PWM控制方式可分为同步式、异步式和分段同步式。 A、同步控制方式 三角波电压的频率与参考电压的频率（即逆变器的输出频率）之比/=常数时称为同步控制方式。 同步控制方式在逆变器输出电压每个周期内所采用的三角波电压数目是固定的，因而所产生的脉冲数是一定的。其优点是在逆变器输出频率变化的整个范围内，皆可保持输出波形的正、负半波完全对称，只有奇次谐波存在。而且能严格保证逆变器输出三相波形之间具有120°相位移的对称关系。然而，同步控制方式的一个严重缺点是：当逆变器低频输出时，每个周期内的PWM脉冲数过少，低次谐波分量较大，使负载电动机产生转矩脉动和噪声。 B、异步控制方式 异步控制方式采用的是固定不变的三角载波频率。低速运行十，逆变器输出电压每个周期内的脉冲数相应增多，因而可减少负载电动机的转矩脉动和噪声，使调速系统具有良好的低频特性。然而，异步控制方式也有其缺点：由于三角波调制频率为定值，当参考电压频率连续变化时，则难以保证/为一整数，特别是能被3整除的数，因而不能保证逆变器输出正负半波以及三相之间的严格对称关系，将会导致负载电动机运行的不够平稳。 C、分段同步控制方式 在低频运行时，使三角载波与参考波的频率比/有级的增大，在有级的改变逆变器输出电压半波内PWM脉冲数目的同时，仍保持其半波和三角对称关系，从而改善了系统的低频运行特性，并可消除由于逆变器输出电压波形不对称所产生的不良影响。 采用分段同步控制方式，需要增加调制脉冲切换电路，从而增加了控制电路的复杂性。 3、简单的PWM型变频器工作原理 单相逆变器的主电路如图-2。波形如图-3。-2 单相逆变器（0为直流电源的理论中心点） 图3-3 电路的波形 PWM控制方式通过改变电力晶体管VT1、VT4和VT2，VT3交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率；改变每半周期内VT1、VT4VT2，VT3开关器件的通、断时间比，即通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压幅值的大小。如果使开关器件在半个周期内反复通断多次，并使每个输出矩形脉冲波电压下的面积接近于对应正弦波电压下的面积，则逆变器输出电压就将很接近基波电压，高次谐波电压将大大减少。若采用快速开关电器，使逆变器输出脉冲数增多，即使输出低频时，输出波形也是比较好的。所以PWM型逆变器特别适用于异步电动机变频调速的供电电源，实现平滑起动、停车和高效率宽范围调速。PWM调制原理 从调制脉冲的极性看，PWM又可分为单极性与双极性控制模式两种。 产生单极性PWM模式的基本原理如图3-4所示。首先由同极性的三角波调制电压与参考电压比较（图3-4a），产生单极性的PWM脉冲（图3-4b）；然后将单极性的PWM脉冲信号与图3-4c所示的倒相信号相乘，从而得到正负半波对称的PWM脉冲信号，如图3-4d所示。 5、双极性正弦波PWM调制原理 双极性PWM控制模式采用的是正负交变的双极性三角载波与参考波，如图3-5所示，可通过与的比较直接得到的双极性的PWM脉冲，而不需要倒相电路。 与单极性模式相比，双极性PWM模式控制电路和主电路比较简单，然后对比图3-4与图3-5可看出，单极性PWM模式要比双极性PWM模式输出电压中高次谐波分量小得多，这是单极性模式的一个优点。 图3-4 单极性PWM模式（单相） 图3-5 双极性PWM模式调制原理 学习指导（详解） 3.2 PWM的控制模式及实现 为了减小谐波影响提高电机的运行性能，要求采用对称的三相正弦波电源为三相交流电电动机供电，因此，PWM逆变器采用正弦波作为参考信号。这种正弦波脉宽调制型逆变器称为SPWM逆变器。目前