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变频器的SPWM原理

阅读量: 发布日期:2019-04-23

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所谓SPWM即正弦脉宽调制,其波形是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形,如图所示。等效的原则是每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作几等份中,N=12),然后把每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替。这样几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效,称为SPWM波形。

为分析方便起见,认为异步电动机定子绕组为Y连接,其中点O与整流器输出端滤波电容器的中点O′相连,因而当逆变器任一相导通时,电机绕组上所获得的相电压为Us/2。

根据调制信号的极性不同,SPWM信号可分为单极(性)式和双极(性)式。

变频器的SPWM原理

目前SPWM脉冲列的宽度可通过计算方法求出,进行计算机定时控制。但原始的脉宽调制方法是利用正弦波作为基准,称为信号波ur,受其调制的信号称为载波,在SPWM中常用三角波作载波,记为ut。当调制波和载波相交时由其交点确定逆变器开关的通断时刻。一般ur为低频信号,其频率与电机工作频率相应;载波为高频信号,根据元件的不同可达到2~20 kHz。当载波频率提高,两种波形的交点增多,亦即一个周期内脉冲数增加,使电动机输出波形更接近正弦。图6-7所示为载波频率对电动机电流影响的实测波形。当ft= 1.5 kHz时,波形有很多纹波,当ft升高至12 kHz时,已可获得较为理想的正弦电流曲线:

A相的信号波瞬时值ura >ut时,相应的开关器件(例如S1)导通,输出正的脉冲电压;而当ura<ut时,S1关断,输出电压为零。在ura的负半周中亦可用类似方法控制下桥臂(例如S4)输出负的脉冲列。改变信号波ura的频率时,输出电压基波的频率也随之改变;降低信号波的幅值为u′ra时,各段脉冲的宽度都将变窄,从而使输出电压基波的幅值也相应减小。

变频器的SPWM原理

单极式SPWM波在半周内的脉冲电压只在正和零(或负和零)电平之间变化,主电路每相只有一个开关器件反复通断,因此,元件的利用率不高,且正负信号交替的控制有一定复杂性。故三相逆变器中已很少用单极式SPWM,而用双极式SPWM来代替。

双极式SPWM的信号波ura和ut均有正负极性,它输出的脉冲列可让同一桥臂上、下两个开关交替导通和关断,输出脉冲只有正、负电平而无零电平。图6-9绘出三相双极式SPWM波形,其调制方法和单极式相似,只是输出脉冲电压的极性不同,即在一个周波内同时存在正极性和负极性的信号。

变频器的SPWM原理

例如,当A相ura>ut时,S1导通,S4关断,使负载上得到相电压为uAO = +Us/2;当ura<ut时,S1关断,而S4导通,则uAO = -Us/2。所以,A相电压uAO = f(t)是以+Us/2~ -Us/2作正负跳变的脉冲波形。同理,uBO波形是由S3、S6交替导通得到,uCO波形是由S5、S2交替导通得到。由uAO和uBO相减可得到逆变器输出线电压波形uAB=f(t),其脉冲幅值在+Us和-Us之间变化。

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