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目前中小功率的变频电路几乎都采用PWM技术，PWM变频电路也可分为电压型和电流型两种。根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制变频电路中开关器件的通断，就可得到所需的PWM波形。当输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，其结果都要变化。 一、PWM控制技术概述 PWM（Pulse Width Modulation）控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。面积等效原理是PWM技术的重要基础理论。一种典型的PWM控制波形SPWM：脉冲的宽度按正弦规律变化。而和正弦波等效的PWM波形称为SPWM波。 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 二、PWM变频控制的基本原理和方法 驱动交流异步电机的理想交流电应为三相正弦波。为了获得正弦输出电压，可把期望的一个正弦半波分成N等分，把正弦曲线每一等分对应的面积用一个面积与其相等的等幅脉冲来代替，如图6-43a)所示。这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦半波等效，而另外半波也可用同样办法等效。N值越大，其输出电压就越接近于正弦波。图6-43b)的脉冲序列即为逆变器的输出。因各脉冲的幅值相等，逆变器可由恒定的直流电源供电，所以采用不可控整流器，而逆变器输出脉冲的幅值即为整流器的输出电压。当逆变器各功率开关元件在理想状态下工作时，则驱动相应开关元件的控制信号也应为与图6-43b)相似形状的一系列脉冲。 理论上讲驱动脉冲波形的宽度可用计算方法获得，以作为控制逆变器中各开关元件通断的依据。但较为实用的办法是利用调制技术，以所期望的正弦波作为调制波，而对它进行调制的信号称为载波，通常用等腰三角波调制方法来确定各分段矩形脉冲的宽度。由于等腰三角波是上下宽度线性对称变化的波形，以它作为调制的载波信号，当它与任何一个光滑的曲线相交时，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。取正弦波作为控制信号，它与三角载波相比较后所得到的即是一组宽度按正弦规律变化的矩形脉冲，这种调制方式称为正弦脉宽调制，简称SPWM。 图6-46所示为由MOSFET功率开关元件组成的PWM逆变器的主电路，其中VD1～VD6为反馈二极管。图6-47是为VT1～VT6提供驱动信号的原理框图，uc输出一定幅值与频率的三角波作为载波信号；ura、urb、urc为三相正弦调制波（参考电压），它们与uc进行比较、放大后产生控制信号。改变参考电压的幅值与频率，即可调节逆变器输出的电压与频率。 为保证三相输出电压对称，应使fc/fr＝3n(fc为载波频率，fr为调制波频率，n为正整数)，图6-48中示出了n＝2时VT1的信号Ug1。同理可画出urb、urc与uc的交点以得出Ug3、Ug5的驱动信号。在调制波的负半周，可相应得到Ug4、Ug6、Ug2的信号。 三、PWM控制技术的特点 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，在进行数模转换。可将噪声影响降到最低。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。由此在交流传动及至其它能量变换系统中得到广泛应用。 PWM控制技术大致可以分为三类： 1、正弦PWM（包括电压、电流或磁通的正弦为目标的各种PWM方案，多重PWM也应归于此类）。 2、正弦PWM已为人们所熟知。旨在改善输出电压、电流波形、降低电源系统谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其独特的优势。 3、优化PWM，优化PWM所追求的是实现电流谐波畸变率（THD）最小、电压利用率最高、效率最优，及转矩脉动最小以及其它特定优化目标。 |
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