籠型異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)VVVF系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率不課件

1、 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)1. PWM調(diào)制原理 以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrier wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation wave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。 PWM調(diào)制原理 按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse width modulation，簡

2、稱SPWM），這種序列的矩形波稱作SPWM波。 2. SPWM控制方式如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。 單相橋式PWM逆變電路 單相橋式PWM逆變電路 VT1VT2VT3VT4（1）單極性PWM控制方式（2）雙極性PWM控制方式3. PWM控制電路模擬電子電路 采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來實(shí)現(xiàn)上述的SPWM控制；數(shù)字控制電路硬件電路；軟件實(shí)現(xiàn)。 模擬電子電路 數(shù)字控制電路

3、自然采樣法只是把同樣的方法（即用三角波與正弦波相交得出逆變器開關(guān)切換點(diǎn)的方法）數(shù)字化， 自然采樣法的運(yùn)算比較復(fù)雜；規(guī)則采樣法在工程上更實(shí)用的簡化方法，由于簡化方法的不同，衍生出多種規(guī)則采樣法。規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法原理三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tc自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合規(guī)則采樣法使兩者重合，每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)為對(duì)稱，使計(jì)算大為簡化在三角波的負(fù)峰時(shí)刻tD對(duì)正弦信號(hào)波采樣得D點(diǎn)，過 D作水平直線和三角波分別交于A、B點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻 tA和B點(diǎn)時(shí)刻 tB控制開關(guān)器件的通斷脈沖寬度和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近規(guī)則采樣法原理正弦調(diào)制信

4、號(hào)波 式中，M 稱為調(diào)制度，0 M 1；r為信號(hào)波角頻率。從圖中可得 因此可得 三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度 根據(jù)上述采樣原理和計(jì)算公式，可以用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)生SPWM波形，具體實(shí)現(xiàn)方法有：查表法可以先離線計(jì)算出相應(yīng)的脈寬等數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，然后在調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制過程中通過查表和加、減運(yùn)算求出各相脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。實(shí)時(shí)計(jì)算法事先在內(nèi)存中存放正弦函數(shù)和Tc /2值，控制時(shí)先查出正弦值，與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度M作乘法運(yùn)算，再根據(jù)給定的載波頻率查出相應(yīng)的Tc /2值，由計(jì)算公式計(jì)算脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。 由于PWM變壓變頻器的應(yīng)用非常廣泛，已制成多種專用集成電路芯片作為SPWM信號(hào)的發(fā)生器，后

5、來更進(jìn)一步把它做在微機(jī)芯片里面，生產(chǎn)出多種帶PWM信號(hào)輸出口的電機(jī)控制用的8位、16位微機(jī)芯片和DSP。 4. PWM調(diào)制方法載波比載波頻率 fc與調(diào)制信號(hào)頻率 fr 之比N，即 N = fc / fr 根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。（1）異步調(diào)制 異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式。通常保持 fc 固定不變，當(dāng) fr 變化時(shí)，載波比 N 是變化的；在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱；當(dāng) fr 較低時(shí)，N 較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不

6、利影響都較?。划?dāng) fr 增高時(shí)，N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM 脈沖不對(duì)稱的影響就變大。（2）同步調(diào)制 同步調(diào)制N 等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步?；就秸{(diào)制方式，fr 變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取 N 為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱；為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)；fr 很低時(shí)，fc 也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除；fr 很高時(shí)，fc 會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。同步調(diào)制三相PWM波形 ucurUurVurWuuUNuVNOtttt000uWN2Ud-2Ud（3）分段同步調(diào)制把 fr 范圍劃分成若干個(gè)頻段，

7、每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段N不同；在 fr 高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高；在 fr 低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低； 分段同步調(diào)制方式N=（4）混合調(diào)制 可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，和分段同步方式效果接近。5. PWM逆變器主電路及輸出波形三相橋式PWM逆變器主電路原理圖調(diào)制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2三相橋式PWM逆變器的雙極性SPWM波形 uuUNOw tOOOOUd2-Ud2uVNuWNuUVuUNw tw tw tw tOw turUurVurWucUd23Ud2Ud 上圖為三相PWM波形，其中urU 、urV 、urW為U，V，W三