帶異步電動(dòng)機(jī)的PWM電壓型逆變器的建模與仿真設(shè)計(jì)

1、 . . . 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目：帶異步電動(dòng)機(jī)的PWM電壓型逆變器的建模與仿真 系： 電氣信息學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程 班級(jí)： 0805 學(xué)號(hào)： 3 學(xué)生： 隆森洲 導(dǎo)師： 周煉 完成日期：2012-6-10畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目：帶異步電動(dòng)機(jī)的PWM電壓型逆變器的建模與仿真隆森洲系別電氣與信息工程系專業(yè)電氣工程班級(jí)0805學(xué)號(hào)13 指導(dǎo)老師周煉職稱講師 教研室主任衛(wèi)才 一、 基本任務(wù)與要求：變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心是三相PWM電壓型逆變器，為了縮短對(duì)大功率裝置的研發(fā)時(shí)間和減少研發(fā)經(jīng)費(fèi)支出，經(jīng)常利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行一些驗(yàn)證工作，本課題擬利用MATLAB的工具箱構(gòu)造SPWM逆變器-異步電機(jī)系統(tǒng)，

2、設(shè)計(jì)PWM逆變器控制回路，展開對(duì)該系統(tǒng)的一些研究。設(shè)計(jì)的主要容：1、設(shè)計(jì)方案論證、比較與確定2、設(shè)計(jì)完善的硬件電路3、元器件選型與有關(guān)計(jì)算4、軟件設(shè)計(jì)與有關(guān)調(diào)試二、 進(jìn)度安排與完成時(shí)間：1、 第一周至第三周：明確課題任務(wù)與要求，搜集課題所需資料，掌握資料查閱方法，了解本課題研究現(xiàn)狀、存在問題與研究的實(shí)際意義。2、 第三周：查閱相關(guān)資料，自學(xué)相關(guān)容，確定課題總體方案，分配課題任務(wù)， 確定個(gè)人研究重點(diǎn)，做好選題報(bào)告。 3、 第四周至第五周：根據(jù)自己研究的方向，確定自己的總體設(shè)計(jì)方案，根據(jù)對(duì)象特性進(jìn)行各種控制方法的研究，并設(shè)計(jì)硬件總體模塊圖與軟件模塊圖。4、 第六周至第十二周：完成系統(tǒng)的控制方法研究

3、，軟、硬件設(shè)計(jì)。5、 第十三周至第十四周：系統(tǒng)仿真與調(diào)試。6、 第十五周至第十六周：整理資料，完成畢業(yè)論文編寫，進(jìn)行畢業(yè)答辯。誠 信 聲 明本人聲明：1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的研究成果；2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有容均真實(shí)、可信。作者簽名： 隆森洲 日期：2012 年 6 月11 日目 錄摘要IAbstract.II第1章緒論11.1 逆變技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11.2 PWM控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀3

4、第2章 PWM控制技術(shù)62.1 PWM（脈沖寬度調(diào)制）62.2 PWM的控制方法與其比較72.2.1單極性正弦脈寬調(diào)制72.2.2 雙極性正弦脈寬調(diào)制82.2.3 單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制的比較92.3 SPWM（正弦脈沖寬度調(diào)制）102.3.1 SPWM的工作原理102.3.2 SPWM的調(diào)制算法11第3章三相橋式逆變器133.1 IGBT的動(dòng)態(tài)特性分析133.2 三相PWM逆變器的工作原理和結(jié)構(gòu)電路143.2.1三相橋式PWM逆變器電路143.2.2逆變器的工作原理143.2.3spwm波的基波電壓163.2.4脈寬調(diào)制的制約條件183.2.5功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率193.2.6最小間歇時(shí)間

5、與調(diào)制度193.2.7同步調(diào)制與異步調(diào)制20第4章三相電壓型SPWM逆變器的仿真214.1 三相電壓型SPWM逆變器的仿真設(shè)計(jì)214.2三相電壓型SPWM逆變器的各模塊電路224.2.1電源模塊224.2.2 SPWM波形發(fā)生電路234.2.3 濾波電路244.2.4逆變電路254.3 三相電壓型SPWM逆變器的電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真圖26第5章結(jié)果分析與研究285.1 SPWM波形分析285.2三相電壓型SPWM逆變器的波形分析285.3三相電壓型SPWM逆變器電機(jī)調(diào)速的波形分析30總結(jié)32參考文獻(xiàn).33致.35- 32 - / 41帶異步電動(dòng)機(jī)的PWM電壓型逆變器的建模與仿真摘要：近年來,交流電機(jī)

6、變頻調(diào)速與其相關(guān)技術(shù)的研究己成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題,并且隨著新的電力電子器件和微處理器的推出以與交流電機(jī)控制理論的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)還將會(huì)取得巨大進(jìn)步。 三相電壓型橋式是逆變電源常用結(jié)構(gòu)之一，其應(yīng)用主要集中在UPS，和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方面，其控制主要有兩種方式:1、以自然采樣為理論基礎(chǔ)的各種SPWM 方式與其改進(jìn);2、以磁通軌跡控制為理論基礎(chǔ)的空間電壓矢量(SVPWM)控制方式與其改進(jìn)。SPWM正弦脈寬調(diào)制法這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，具有開關(guān)頻率固定，控制和調(diào)節(jié)性能好，能消除諧波使輸出電壓只含有固定頻率的高次諧波分量，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種比較好的波形改善法。它的出現(xiàn)

7、為中小型逆變器的發(fā)展起了重要的推動(dòng)作用。SPWM技術(shù)成為目前應(yīng)用最為廣泛的PWM逆變技術(shù)。因此，研究SPWM逆變器的基本工作原理和作用特性意義十分重大。 本論文介紹了三相電壓型SPWM逆變器的工作原理，仿真電路與matlab仿真。文中還給出了用此逆變器構(gòu)成的三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。關(guān)鍵字：變頻調(diào)速；逆變器； Modeling and Simulation of PWM voltage inverter with induction motorAbstract:Recently, the research of variable frequency speed vari

8、ation of AC motor and relevant technology has become an important issue in electrical drive field, with the appearance of new power electron apparatus and microprocessor and the development of the control theory, the technology of variable frequency speed variation will improve more rapidly.Three-ph

9、ase voltage overhead power inverter is one of the common structure, its application mainly concentrated in the UPS, and motor drive, and so on, their control There are two main ways: 1, to natural sampling of the theoretical basis for various ways SPWM And improvement of 2 to control the flux trajec

10、tory based on the theory of space voltage vector (SVPWM) control and improvement.SPWM sine pulse width modulation principle of this technology is characterized by simple, versatile, with a fixed switching frequency, control and regulation performance, eliminate harmonics thatcontain only a fixed out

11、put voltage of high frequency harmonic components, simple design and a series of advantages, is a good waveform improvement Act. It was a smallinverter played an important role. SPWM technology become the most widely usedinverter with PWM technology. Therefore, the study of SPWM inverter characteris

12、tics ofthebasic working principle and the role of great significance.This paper describes the three-phase voltage SPWM inverter works, simulate circuits and matlab simulation. The article also gives the composition with this three-phase ACinverter motor frequency control systems, and simulation resu

13、lts were analyzed.Keywords:variable frequency speed control; inverters第1章 緒論1.1 逆變技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和國(guó)外能源供應(yīng)的緊，電能的開發(fā)和利用顯得更為重要。目前，國(guó)外都在大力開發(fā)新能源，如太陽能、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電等。一般情況下，這些新型發(fā)電裝置輸出不穩(wěn)定的直流電，不能直接提供給需要交流電的用戶使用。為此，需要將直流電變換成交流電，需要時(shí)可并入市電電網(wǎng)。這種DC-AC變換需要逆變技術(shù)來完成。逆變技術(shù)的發(fā)展大致可分為三代:第一代,是基于二極管和晶閘管的不控或半控強(qiáng)迫換流技術(shù);第二代，以自關(guān)斷器件如GTO

14、、BJT、MOSFET、IGBT、SIT、SITH等為基礎(chǔ)，主要采用的控制技術(shù)為PWM控制;第三代則是以軟開關(guān)，功率因數(shù)校正和消除諧波為特征。 電力電子裝置控制技術(shù)的主要研究目標(biāo)是:提高裝置效率，減小裝置的體積、重量，降低諧波失真，提高裝置的動(dòng)靜態(tài)性能等。控制理論是其主要的理論基礎(chǔ).縱觀幾十年來控制技術(shù)的發(fā)展，從七十年代的PID模擬式控制，到目前的無速度偏差并可同時(shí)對(duì)許多參量進(jìn)行調(diào)節(jié)和綜合的微處理器與微型計(jì)算機(jī)控制，特別是多變量和分散控制、魯棒控制等技術(shù)的引入，使控制技術(shù)逐步經(jīng)歷了從模擬控制、模擬數(shù)字控制、直接數(shù)字控制、PWM控制發(fā)展到矢量控制、無速度傳感器的矢量控制、準(zhǔn)諧振變換等的發(fā)展過程，

15、這些控制方法使電力電子變換裝置的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)與保護(hù)性能都得到了很大程度的提高。 PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻。現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路；而PWM控制技術(shù)同樣是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才發(fā)展得比較成熟Matlab的Simulink是很好的仿真軟件環(huán)境，他有良好的人機(jī)界面和周到的幫助功能，通過模塊組合就能方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真。PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先在<<BBC>>評(píng)論上提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中，從此為交流傳動(dòng)的

16、推廣應(yīng)用開辟了新的局面。從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM信號(hào)以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線的PWM信號(hào)輸出，可以說直到目前為止，PWM在各種應(yīng)用場(chǎng)合仍占主導(dǎo)地位,并一直是人們研究的熱點(diǎn)。由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)，由此在交流傳動(dòng)乃至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)大致可以分為三類，正弦PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類），優(yōu)化PWM與隨機(jī)PWM。正弦PWM已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形，降低電源系統(tǒng)諧波的多重PWM技術(shù)在大

17、功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)（如 ABB ACS1000系列和美國(guó)ROBICON公司的完美無諧波系列等）；而優(yōu)化PWM所追求的則是實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變率（THD）最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小以與其它特定優(yōu)化目標(biāo)。在70年代開始至80年代初，由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般最高不超過5KHZ，電機(jī)繞組的電磁噪音與諧波引起的振動(dòng)引起人們的關(guān)注。為求得改善，隨機(jī)PWM方法應(yīng)運(yùn)而生。其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的），盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。正因?yàn)槿绱耍?/p>

18、即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對(duì)于載波頻率必須限制在較低頻率的場(chǎng)合，隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價(jià)值（DTC控制即為一例）；另一方面則告訴人們消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，因?yàn)殡S機(jī)PWM技術(shù)提供了一個(gè)分析、解決問題的全新思路。在電力拖動(dòng)領(lǐng)域，解決好電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速問題有著十分重要的意義，電機(jī)調(diào)速性能的提高可以大大提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的加工精度、工藝水平以與工作效率，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量;對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載，如果采用調(diào)速的方法改變其流量，節(jié)電效率可達(dá)20%-60%。眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在很長(zhǎng)的一個(gè)歷史時(shí)期，調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域基本上被直流電機(jī)調(diào)速

19、所壟斷，這是和實(shí)際流電機(jī)的廣泛使用是一對(duì)存在的矛盾，許多應(yīng)用交流電機(jī)的設(shè)備為了達(dá)到調(diào)節(jié)被控對(duì)象的目的，只能采用物理的方法，例如采用風(fēng)門，閥門控制流量等，這樣浪費(fèi)能源的問題就很突出，費(fèi)用就大。而且在采用直流調(diào)速的方面由于直流電機(jī)固有的缺點(diǎn)換相器和電刷的存在，使得維修工作量大，事故率高，電機(jī)的大容量使用受到限制，在易燃易爆的場(chǎng)合無法使用，因此開發(fā)交流調(diào)速勢(shì)在必行。 變頻調(diào)速具有高效率、寬圍和高精度等特點(diǎn)，是目前運(yùn)用最廣泛且最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，從早起提出的電壓源型變頻器開始，相繼發(fā)展了電流源型，脈寬調(diào)制等各種變頻器。目前變頻調(diào)速的主要方案有：交-交變頻調(diào)速，交-

20、直-交變頻調(diào)速，同步電動(dòng)機(jī)自控式變頻調(diào)速，正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速，矢量控制變頻調(diào)速等。這些變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是可關(guān)斷晶閘管GT0，電力晶體管GTR，絕緣門極晶體管IGBT，MOS晶閘管與MTC等具有自關(guān)斷能力全控功率元件的發(fā)展，再加上控制單元也從分離元件發(fā)展到大規(guī)模數(shù)字集成電路與采用微機(jī)控制，從而使變頻裝置的快速性，可靠性與經(jīng)濟(jì)性不斷提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能也得到不斷完善。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，目前中小功率的逆變電路幾乎都采用了PWM技術(shù)。常用的PWM技術(shù)主要包括：正弦脈寬調(diào)制(SPWM)、

21、選擇諧波調(diào)制（SHEPWM）、電流滯環(huán)調(diào)制（CHPWM）和電壓空間矢量調(diào)制（SVPWM）。PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低諧波并減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。同時(shí)也簡(jiǎn)化了變頻器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。隨著電力電子器件制造技術(shù)的發(fā)展和新型電路變換器的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)代控制理論向交流調(diào)速領(lǐng)域的滲透，特別是微型計(jì)算機(jī)與大規(guī)模集成電路的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)正向高頻化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。控制策略的應(yīng)用：由于電力電子電路良好的控制特性與現(xiàn)代微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，使幾乎所有新的控制理論，控制方法都得以在交流調(diào)速裝置上應(yīng)用和嘗試。從最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制發(fā)展到基于動(dòng)

22、態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制和基于動(dòng)態(tài)模型保持定子磁鏈恒定的直接轉(zhuǎn)矩控制。1.2PWM控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀正弦逆變電源作為一種可將直流電能有效地轉(zhuǎn)換為交流電能的電能變換裝置被廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活中,其中有:針對(duì)計(jì)算機(jī)等重要負(fù)載進(jìn)行斷電保護(hù)的交流不間斷電源UPS (Uninterruptle Power Supply) ;針對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制的變頻調(diào)速器;針對(duì)智能樓宇消防與安防的應(yīng)急電源EPS ( Emergence Power Supply) ;針對(duì)船舶工業(yè)用電的岸電電源SPS(Shore Power Supply) ;還有針對(duì)風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等而開發(fā)的特種逆變電源等等.

23、隨著控制理論的發(fā)展與電力電子器件的不斷革新,特別是以絕緣柵極雙極型晶體管IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)為代表的自關(guān)斷可控型功率半導(dǎo)體器件出現(xiàn),大大簡(jiǎn)化了正弦逆變電源的換相問題,為各種PWM型逆變控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了新的實(shí)現(xiàn)方法,從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了正弦逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制.電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了晶閘管（SCR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、晶體管（BJT）、絕緣柵晶體管（IGBT）等階段。目前正向著大容量、高頻率、易驅(qū)動(dòng)、低損耗、模塊化、復(fù)合化方向發(fā)展，與其他電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、保護(hù)容易、不用緩沖電路和開關(guān)頻率高等特點(diǎn)，

24、為了達(dá)到這些高性能，采用了許多用于集成電路的工藝技術(shù)，如外延技術(shù)、離子注入、精細(xì)光刻等。 IGBT最大的優(yōu)點(diǎn)是無論在導(dǎo)通狀態(tài)還是短路狀態(tài)都可以承受電流沖擊。它的并聯(lián)不成問題，由于本身的關(guān)斷延遲很短，其串聯(lián)也容易。盡管IGBT模塊在大功率應(yīng)用中非常廣泛，但其有限的負(fù)載循環(huán)次數(shù)使其可靠性成了問題，其主要失效機(jī)理是陰極引線焊點(diǎn)開路和焊點(diǎn)較低的疲勞強(qiáng)度，另外,絕緣材料的缺陷也是一個(gè)問題。 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，正弦波輸出變壓變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，與此同時(shí)對(duì)變壓變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。對(duì)逆變器輸出波形質(zhì)量的要求主要包括兩個(gè)方面：一是穩(wěn)態(tài)精度高；二是動(dòng)態(tài)性能好。

25、因此，研究開發(fā)既簡(jiǎn)單又具有優(yōu)良動(dòng)、靜態(tài)性能的逆變器控制策略，已成為電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 在現(xiàn)有的正弦波輸出變壓變頻電源產(chǎn)品中，為了得到SPWM波，一般都采用雙極性調(diào)制技術(shù)。該調(diào)制方法的最大缺點(diǎn)是它的6個(gè)功率管都工作在較高頻率(載波頻率)，從而產(chǎn)生了較大的開關(guān)損耗，開關(guān)頻率越高，損耗越大。本文針對(duì)正弦波輸出變壓變頻電源SPWM調(diào)制方式與數(shù)字化控制策略進(jìn)行了研究，以SG3525為主控芯片，以期得到一種較理想的調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)逆變電源變壓、變頻輸出。交流傳動(dòng)與控制技術(shù)是目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，這是和電力電子器件制造技術(shù)、變流技術(shù)控制技術(shù)以與微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展密切相關(guān)。 通

26、用變頻器作為早個(gè)商品開始在國(guó)上市，是近十年的事，銷售額逐年增加，于今全年有超過數(shù)十億元（RMB）的市場(chǎng)。其中各種進(jìn)口品牌居多，功率小至百瓦大至數(shù)千千瓦；功能簡(jiǎn)易或復(fù)雜；精度低或高；響應(yīng)慢或快：有PG（測(cè)速機(jī)）或無PG;有噪音或無噪音等等。對(duì)于許多用戶來說,這十年中經(jīng)歷了多次更新，現(xiàn)所使用的變頻器大都屬于目前最為先進(jìn)的機(jī)型如果從應(yīng)用的角度來說，我們的水準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國(guó)家沒有什么兩樣。作為國(guó)制造商,通過這十年來對(duì)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行銷化，也正在積極地進(jìn)行國(guó)產(chǎn)變頻器的自主開發(fā)努力追趕世界發(fā)達(dá)國(guó)家的水平?；仡櫧陙韲?guó)外通用變頻器技術(shù)的發(fā)展對(duì)于深入了解交流傳動(dòng)與控制技術(shù)的走向，以與如何站在高起點(diǎn)上結(jié)合我國(guó)國(guó)情

27、開發(fā)我國(guó)自己的產(chǎn)品應(yīng)該說具有十分積極的意義. 通用變頻器大都為電壓型交-直-交變頻器。三相交流電首先通過二極管不控整流橋得到脈動(dòng)直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動(dòng)機(jī)供電。這類變頻器功率因數(shù)高、效率高、精度高、調(diào)速圍寬，所以在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。但是通用變頻器不能直接用于需要快速起、制動(dòng)和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，如高速電梯、礦用提升機(jī)、軋鋼機(jī)、大型龍門刨床、卷繞機(jī)構(gòu)力系統(tǒng)與機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。因?yàn)檫@種系統(tǒng)要求電機(jī)四象限運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)減速、制動(dòng)或者帶位能性負(fù)載重物下放時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。由于二極管不控整流器能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)濾波

28、電容上，產(chǎn)生泵升電壓。而以GTR、IGBT為代表的全控型器件耐壓較低，過高的泵升電壓有可能損壞開關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C(jī)的絕緣，從而威脅系統(tǒng)安全工作，這就限制了通用變頻器的應(yīng)用圍。第2章 PWM控制技術(shù)2.1PWM（脈沖寬度調(diào)制）PWM控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變逆變輸出頻率。PWM控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）理論基礎(chǔ):沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本一樣。沖

29、量指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本一樣，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本一樣。f (t)d (t)tO圖2.1形狀不同而沖量一樣的脈沖abcdtOtOtOf (t)f (t)f (t)PWM波形可等效的各種波形，例如：直流斬波電路可以等效直流波形；PWM波可以等效正弦波形；還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制一樣，也基于等效面積原理 。用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波的方法：正弦半波N等分，可看成N個(gè)彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等。這樣就可得到PWM 波形。由上方法可知各脈沖的幅

30、值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化 。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可用同樣的方法得到PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM波形。要改變等效輸出正弦波幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。2.2 PWM的控制方法與其比較2.2.1單極性正弦脈寬調(diào)制調(diào)制信號(hào)ur為正弦波,載波uc在ur的正半周為正極性的三角波，在ur的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。在ur的半個(gè)周期三角波載波只在正極性或負(fù)極性一種極性圍變化，所得到的PWM波形也只在單個(gè)極性圍變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。單極性正弦脈寬調(diào)制用幅值為的參考信號(hào)

31、波與幅值為,頻率為的三角波比較，產(chǎn)生功率開關(guān)信號(hào)。其原理波形如圖2.2所示。圖2.2是用單相正弦波全波整流電壓信號(hào)與單向三角形載波交截，再通過倒相產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。參考波頻率fr決定了輸出頻率fo，每半周期的脈沖數(shù)P決定于載波頻率fc。P=fc/2fa(2-1)用參考電壓信號(hào)的幅值Ur，與三角形載波信號(hào)的幅值Uc的比值，即調(diào)制度m = Ur/Uc，來控制輸出電壓變化。當(dāng)調(diào)制度由01變化時(shí)，脈寬由0/p變化，輸出電壓由0 E變化。如果每個(gè)脈沖寬度為，則輸出電壓的傅里葉級(jí)數(shù)展開式為:（2-2)系數(shù)An和Bn由每個(gè)脈寬為，起始角為的正脈沖來決定和對(duì)應(yīng)的負(fù)脈沖起始角+來決定。如果第j個(gè)脈沖的起始角

32、為j則有： (2-3a) (2-3b)由式(2-3a)、式(2-3b)可計(jì)算輸出電壓的傅里葉級(jí)數(shù)的系數(shù)(2-4a)(2-4b)圖2.2 單極性正弦脈寬調(diào)制原理波形圖2.2.2 雙極性正弦脈寬調(diào)制 用雙極性方式時(shí)，在ur的半個(gè)周期，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)，所得的PWM形也是有正有負(fù)。在ur的一個(gè)周期，輸出的PWM波只有±Ud兩種電平，而不像單極性控制時(shí)還有零電平。仍然在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)的通斷。在ur的正負(fù)半周，對(duì)各開關(guān)器件的控制規(guī)律一樣。 雙極性正弦脈寬調(diào)制的輸出電壓u0(t)波形在02區(qū)間關(guān)于中心對(duì)稱、在0區(qū)間關(guān)于軸對(duì)稱，其傅里葉級(jí)數(shù)展開

33、式為：(2-5)式（2-5）中 輸出電壓u0（t）可看成是幅值為E，頻率為fo的方波與幅值為2E、頻率為fc的負(fù)脈沖序列(起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為的疊加。因此 (2-6)則輸出電壓為：(2-7)輸出電壓基波分量 為：(2-8)urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖2.3雙極性PMW控制方式波形2.2.3單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制的比較 雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制都通過調(diào)制波和載波比較，在交點(diǎn)處產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。改變調(diào)制波ur的幅值，則改變了調(diào)制正弦波和三角波的交點(diǎn)位置，可以調(diào)節(jié)矩形脈沖的寬度，從而改變輸出交流電壓的大小。改變調(diào)制正弦波的頻率，使交流電的頻率，也同時(shí)變化，因此調(diào)節(jié)調(diào)制波的頻率和幅值就可以調(diào)

34、節(jié)交流輸出電壓的大小和頻率，調(diào)壓和調(diào)頻（VVVF控制）同時(shí)在逆變器的控制中完成，不再需要調(diào)控直流電源電壓，因此電壓型PWM控制的直流電源都采用不控整流器為直流電源。 為了反映載波和調(diào)制波的關(guān)系，定義調(diào)制比M為調(diào)制波幅值和載波幅值之比： 改變M即調(diào)節(jié)了交流輸出電壓，M也稱為調(diào)制度。 定義載波比N（即頻率比）為載波頻率與調(diào)制波頻率之比：載波比N決定了一周期中組成輸出交流電的脈沖個(gè)數(shù)。 單極性調(diào)制在輸出交流半周期只有單一極性的脈沖，因此輸出電壓較高。（基波值）較高；雙極性調(diào)制在輸出交流的半周有正負(fù)脈沖，因此輸出電壓（基波值）比較單極性較低，但是雙極性調(diào)制靈敏度較高，使用也較多，可以證明雙極性調(diào)制，如

35、果載波比N足夠大，調(diào)制比M1，則基波電壓幅值，輸出交流電壓基波有效值為，而采用方波調(diào)制時(shí)輸出交流電壓基波有效值可以達(dá)到，為直流電源電壓。 采用PWM調(diào)制時(shí)，在輸出電壓中可以消除(N-2)次以下諧波，N為載波比，因此除基波外，其最低次諧波為(N-2)次。例如N=15時(shí)最低次諧波為13次諧波，而15次諧波幅值最大，=0.9。如果逆變器輸出頻率為50，載波頻率為2K，則N=40，這時(shí)可以消除38次以下的諧波，而殘存的高次諧波則較易濾除。 雙極性調(diào)制同相上下橋臂的開關(guān)器件交替導(dǎo)通，較易產(chǎn)生直通現(xiàn)象，因此同相上下橋臂開關(guān)的關(guān)斷和導(dǎo)通之間要有一定的時(shí)間間隔，稱為“死區(qū)”，以確保不產(chǎn)生直通現(xiàn)象。插入死區(qū)使輸

36、出電壓波形產(chǎn)生一定的畸變，輸出電壓也略有降低，并使輸出電壓含有低次諧波，并且主要產(chǎn)生的是奇次諧波，而單極性調(diào)制則沒有這個(gè)問題。2.3SPWM（正弦脈沖寬度調(diào)制）2.3.1SPWM的工作原理 PWM的全稱是Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。廣泛地用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速和閥門控制，比如我們現(xiàn)在的電動(dòng)車電機(jī)調(diào)速就是使用這種方式。 所謂SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)率排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級(jí)一些的UPS就是一個(gè)例子。三相S

37、PWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領(lǐng)域被廣泛的采用。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本一樣。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。 三角波變化一個(gè)周期，它與正弦波有兩個(gè)交點(diǎn)，控制逆變器中開關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷各一次。

38、要準(zhǔn)確的生成SPWM波形，就要精確的計(jì)算出這兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間。開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)間是脈沖寬度，關(guān)斷時(shí)間是脈沖間隙。正弦波的頻率和幅值不同時(shí)，這些時(shí)間也不同，但對(duì)計(jì)算機(jī)來說，時(shí)間由軟件實(shí)現(xiàn)，時(shí)間的控制由定時(shí)器完成，是很方便的，關(guān)鍵在于調(diào)制算法。調(diào)制算法主要有自然采樣法、規(guī)則采樣法、等面積法等。2.3.2SPWM的調(diào)制算法 1.自然采樣法 按照SPWM控制的基本原理，在正弦波與三角波的交點(diǎn)進(jìn)行脈沖寬度和間隙的采樣，去生成SPWM波形，成為自然采樣法。如圖2-4所示：圖2.4 自然采樣法原理圖2.規(guī)則采樣法 為使采樣法的效果既接近自然采樣法，沒有過多的復(fù)雜運(yùn)算，又提出了規(guī)則采樣法。其出發(fā)點(diǎn)是設(shè)法使SPWM波

39、形的每個(gè)脈沖都與三角波中心線對(duì)稱。這樣，圖2.5中的法。計(jì)算就大大簡(jiǎn)化了。圖2.5規(guī)則采樣法原理圖3.雙極性正弦波等面積法正弦波等面積算法的基本原理為:將一個(gè)正弦波等分成H個(gè)區(qū)段，區(qū)段數(shù)一定是6的整數(shù)倍，因?yàn)槿嗾也?，各?xiàng)相位互差，要從一相正弦波方便地得到其他兩相，必須把一個(gè)周期分成6的整數(shù)倍。越大，輸出波形越接近正弦波。在每一個(gè)區(qū)段，等分成若干個(gè)等寬脈沖(N)，使這N個(gè)等寬脈沖面積等于這一區(qū)段正弦波面積。采用這種方法既可以提高開關(guān)頻率，改善波形，又可以減少計(jì)算新脈沖的數(shù)量，節(jié)省計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)間。正弦波面積為:（2.9）輸出頻率與區(qū)段數(shù)，每個(gè)區(qū)段脈沖數(shù)與脈沖周期之間的關(guān)系 。第3章三相橋式逆變

40、器3.1IGBT的動(dòng)態(tài)特性分析 圖3.1 IGBT動(dòng)態(tài)特性分析圖  與MOSFET的相似，因?yàn)殚_通過 程中IGBT在大部分時(shí)間作為MOSFET運(yùn)行uCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。tfv1IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過程；tfv2MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過程 。 電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1IGBT部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快；tfi2IGBT部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)速度低于

41、電力MOSFET。3.1.2 IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn) (1)  開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時(shí)， 開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)。(2)一樣電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR 大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。(3)通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。(4)輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。(5) 與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開特 點(diǎn) 。3.2 三相PWM逆變器的工作原理和結(jié)構(gòu)電路3.2.1三相橋式PWM逆變器電路三相橋式逆變電路如圖所示，圖中應(yīng)用V1-V6作為逆變開關(guān)，也

42、可用其它全控型器件構(gòu)成逆變器，若用晶閘管時(shí)，還應(yīng)有強(qiáng)迫換流電路。 圖3.2 三相橋式逆變電路圖從電路結(jié)構(gòu)上看，如果把三相負(fù)載看成三相整流變壓器的三個(gè)繞組，那么三相橋式逆變電路猶如三相橋式可控整流電路與三相二極管整流電路的反并聯(lián)，其中可控電路用來實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變，不可控電路為感性負(fù)載電流提供續(xù)流回路，完成無功能量的續(xù)流和反饋，因此VD1VD6稱為續(xù)流二極管或反饋二極管。3.2.2逆變器的工作原理在三相橋式逆變電路中，各管的導(dǎo)通次序同整流電路一樣，也是T1、T2、T3T6、T1各管的觸發(fā)信號(hào)依次互差60°。根據(jù)各管的導(dǎo)通時(shí)間可以分為180° 導(dǎo)通型和120°導(dǎo)通型

43、兩種工作方式，在180°導(dǎo)通型的逆變電路中，任意瞬間都有三只管子導(dǎo)通，各管導(dǎo)通時(shí)間為180°，同一橋臂中上下兩只管子輪流導(dǎo)通，稱為互補(bǔ)管。在120°導(dǎo)通型逆變電路中，各管導(dǎo)通120°，任意瞬間只有不同相的兩只管子導(dǎo)通，同一橋臂中的兩只管子不是瞬時(shí)互補(bǔ)導(dǎo)通，而是有60°的間隙時(shí)間，當(dāng)某相中沒有逆變管導(dǎo)通時(shí)，其感性電流經(jīng)該相中的二極管流通。圖3.3逆變器輸出端電壓波形圖 圖3.3中的uao、ubo與uco是逆變器輸出端a、b、c分別與直流電源中點(diǎn)o之間的電壓，o點(diǎn)與負(fù)載的零點(diǎn)o并不一定是等電位的，uao等并不代表負(fù)載上的相電壓。令負(fù)載零點(diǎn)o與直流電

44、源中點(diǎn)o之間的電壓為uoo，則負(fù)載各相的相電壓分別為: (3-1) 將式(3-1)中各式相加并整理后得  一般負(fù)載三相對(duì)稱，則uao+ubo+uco=0，故有: (3-2) 由此可求得a相負(fù)載電壓為 (3-3) 在圖3.3中繪出了相應(yīng)的負(fù)載a相電壓波形，ubo和uco波形與此相似。3.2.3spwm波的基波電壓 對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，有用的是電壓的基波，希望spwm波形中基波的成分越大越好。為了找出基波電壓，須將spwm脈沖序列波u(t)展開成傅氏級(jí)數(shù)，由于各相電壓正、負(fù)半波與其左、右均對(duì)稱，它是一個(gè)奇次正弦周期函數(shù)，其一般表達(dá)式為(3-4) 要把包含n個(gè)矩形脈沖的u(t)代入上式，必須先求

45、得每個(gè)脈沖的起始相位和終了相位。在圖3-5中，由于在原點(diǎn)處三角波是從負(fù)的頂點(diǎn)開始出現(xiàn)的，所以第i個(gè)脈沖中心點(diǎn)的相位應(yīng)為(3-5) 于是，第i個(gè)脈沖的起始相位為 終了相位為:其中i是第i個(gè)脈沖的寬度。把各脈沖起始和終了相位代入式(3-4)中，可得(3-6)故(3-7) 以k=1代入式(3-7)，可得輸出電壓的基波幅值。當(dāng)半個(gè)周期的脈沖數(shù)n不太少時(shí)，各脈沖的寬度i都不大，可以近似地認(rèn)為sini/2i/2，因此(3-8)可見輸出基波電壓幅值u1m與各段脈寬i有著直接的關(guān)系，它說明調(diào)節(jié)參考信號(hào)的幅值從而改變各個(gè)脈沖的寬度時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器輸出電壓基波幅值的平滑調(diào)節(jié)。根據(jù)脈沖與相關(guān)段正弦波面積相等的等

46、效原則可以導(dǎo)出(3-9) 將式(3-5)、式(3-9)代入式(3-8)，得(3-10) 可以證明，除n=1以外，有限項(xiàng)三角級(jí)數(shù) (3-11)而n=1是沒有意義的，因此由式(3-11)可得u1m=um也就是說，spwm逆變器輸出脈沖波序列的基波電壓正是調(diào)制時(shí)所要求的正弦波幅值電壓。當(dāng)然，這個(gè)結(jié)論是在作出前述的近似條件下得到的，即n不太少，sin/2n/2n，且sini/2i/2。當(dāng)這些條件成立時(shí)，spwm變壓變頻器能很好地滿足異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的要求。要注意到，spwm逆變器輸出相電壓的基波和常規(guī)六拍階梯波的交-直-交變壓變頻器相比要小一些，據(jù)有關(guān)資料介紹，僅為其86%90%，這樣就影響了電

47、機(jī)額定電壓的充分利用。為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，在spwm逆變器的直流回路中常并聯(lián)相當(dāng)大的濾波電容，以抬高逆變器的直流電源電壓ud。3.2.4脈寬調(diào)制的制約條件 根據(jù)脈寬調(diào)制的特點(diǎn)，逆變器主電路的功率開關(guān)器件在其輸出電壓半周要開關(guān)n次。如果把期望的正弦波分段越多，則n越大，脈沖波序列的脈寬i越小，上述分析結(jié)論的準(zhǔn)確性越高，spwm波的基波就更接近期望的正弦波。但是，功率開關(guān)器件本身的開關(guān)能力是有限的，因此，在應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)時(shí)必然要受到一定條件的制約，這主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。3.2.5功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率 各種電力電子器件的開關(guān)頻率受到其固有的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗的限制，全控型器件常用的開關(guān)頻率如下

48、：雙極型電力晶體管(bjt)開關(guān)頻率可達(dá)15khz，可關(guān)斷晶閘管(gto)開關(guān)頻率為12khz，功率場(chǎng)效應(yīng)管(p-mosfet)開關(guān)頻率可達(dá)50khz，而目前最常用的絕緣柵雙極晶體管(igbt)開關(guān)頻率為520khz。定義載波頻率ft與參考調(diào)制波頻率fr之比為載波比n(carrier ratio)，即 (3-12) 相對(duì)于前述spwm波形半個(gè)周期的脈沖數(shù) n來說，應(yīng)有n=2n。為了使逆變器的輸出盡量接近正弦波，應(yīng)盡可能增大載波比，但若從功率開關(guān)器件本身的允許開關(guān)頻率來看，載波比又不能太大。n值應(yīng)受到下列條件的制約：(3-13) 式(3-13)中的分母實(shí)際上就是spwm變頻器的最高輸出頻率。3.

49、2.6最小間歇時(shí)間與調(diào)制度為保證主電路開關(guān)器件的安全工作，必須使調(diào)制的脈沖波有個(gè)最小脈寬與最小間歇的限制，以保證最小脈沖寬度大于開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間ton，而最小脈沖間歇大于器件的關(guān)斷時(shí)間toff。在脈寬調(diào)制時(shí)，若n為偶數(shù)，調(diào)制信號(hào)的幅值urm與三角載波相交的兩點(diǎn)恰好是一個(gè)脈沖的間歇。為了保證最小間歇時(shí)間大于toff，必須使urm低于三角載波的峰值utm。為此，定義urm與utm之比為調(diào)制度m，即(3-14) 在理想情況下，m值可在01之間變化，以調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的大小。實(shí)際上，m總是小于1的，在n較大時(shí)，一般取最高的m=0.80.9。3.2.7同步調(diào)制與異步調(diào)制 在實(shí)行spwm時(shí)，視載波比n

50、的變化與否，有同步調(diào)制與異步調(diào)制之分同步調(diào)制：在同步調(diào)制方式中，n常數(shù)，變頻時(shí)三角載波的頻率與正弦調(diào)制波的頻率同步改變，因而輸出電壓半波的矩形脈沖數(shù)是固定不變的。如果取n等于3的倍數(shù)，則同步調(diào)制能保證輸出波形的正、負(fù)半波始終對(duì)稱，并能嚴(yán)格保證三相輸出波形間具有互差 120°的對(duì)稱關(guān)系。但是，當(dāng)輸出頻率很低時(shí)，由于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會(huì)顯著增加，使負(fù)載電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較強(qiáng)的噪聲，這是同步調(diào)制方式的主要缺點(diǎn)。異步調(diào)制：為了消除同步調(diào)制的缺點(diǎn)，可以采用異步調(diào)制方式。顧名思義，異步調(diào)制時(shí)，在變壓變頻器的整個(gè)變頻圍，載波比n不等于常數(shù)。一般在改變調(diào)制波頻率fr時(shí)保持三角載波頻率

51、ft不變，因而提高了低頻時(shí)的載波比。這樣輸出電壓半波的矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，從而減少負(fù)載電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與噪聲，改善了系統(tǒng)的低頻工作性能。 有一利必有一弊，異步調(diào)制方式在改善低頻工作性能的同時(shí)，又失去了同步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)載波比n隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，它不可能總是3的倍數(shù)，勢(shì)必使輸出電壓波形與其相位都發(fā)生變化，難以保持三相輸出的對(duì)稱性，可能引起電動(dòng)機(jī)工作的不平穩(wěn)。分段同步調(diào)制：為了揚(yáng)長(zhǎng)避短，可將同步調(diào)制和異步調(diào)制結(jié)合起來，成為分段同步調(diào)制方式，實(shí)用的spwm變壓變頻器多采用這種方式。在一定頻率圍采用同步調(diào)制，可保持輸出波形對(duì)稱的優(yōu)點(diǎn)，但頻率降低較多時(shí)，如果仍保持載波比n不

52、變，輸出電壓諧波將會(huì)增大。為了避免這個(gè)缺點(diǎn)，可以采納異步調(diào)制的長(zhǎng)處，使載波比分段有級(jí)地加大，這就是分段同步調(diào)制方式。具體地說，把整個(gè)變頻圍劃分成若干頻段，在每個(gè)頻段都維持載波比n恒定，而對(duì)不同的頻段取不同的n值，頻率低時(shí)，n值取大些，一般大致按等比級(jí)數(shù)安排。第4章三相電壓型SPWM逆變器的仿真4.1三相電壓型SPWM逆變器的仿真設(shè)計(jì)三相電壓型SPWM逆變器的系統(tǒng)電路圖4.1三相電壓型SPWM逆變器的系統(tǒng)電路圖4.2三相電壓型SPWM逆變器的各模塊電路4.2.1電源模塊 圖4.2電源模塊圖 整流橋參數(shù)設(shè)置圖4.3整流橋參數(shù)設(shè)置圖4.2.2 SPWM波形發(fā)生電路圖4.4SPWM波形發(fā)生圖SPWM參

53、數(shù)設(shè)置圖4.5 SPWM參數(shù)設(shè)置圖4.2.3 濾波電路圖4.6 濾波電路圖濾波電容參數(shù)設(shè)置圖4.7濾波電容參數(shù)圖4.2.4逆變電路圖4.8 逆變電路圖逆變器參數(shù)設(shè)置圖4.9 逆變參數(shù)設(shè)置圖4.3三相電壓型SPWM逆變器的電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真圖圖4.10三相電壓型SPWM逆變器的電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真圖電機(jī)參數(shù)設(shè)置圖4.11電機(jī)參數(shù)設(shè)置圖多路測(cè)量?jī)x參數(shù)設(shè)置圖4.12 多路測(cè)量?jī)x參數(shù)設(shè)置第5章結(jié)果分析與研究5.1 SPWM波形分析圖5.1 SPWM波形分析圖 PWM模塊的三角波頻率為600，正弦波頻率為50。5.2三相電壓型SPWM逆變器的波形分析圖5.2三相電壓型SPWM逆變器的波形分析圖5.3三相電壓型SPWM逆變器的波形分析Ua.Ub,Uc為三相互差120°的310v交流電(1)圖5-2、5-3中、為負(fù)載電壓的波形，為逆變器1橋臂的電壓波形，為逆變器中1橋臂的電流波形，為負(fù)載上電流的波形，、為三相逆變器的兩相間的電壓波形（2）圖5.3為整流后的電壓5.3三相電壓型SPWM逆變器電機(jī)調(diào)速的波形分析圖5.4三相電壓型SPWM逆變器電機(jī)調(diào)速的波形分析（一）圖5.5三相電壓型SPWM逆變器電機(jī)調(diào)速的波形分析（二）（1）圖5.4為PWM模塊的三角