河南教育學院學報（自然科學版）變頻調速系統中脈寬調制波的產生蔡麗麗（河南廣播電視大學，河南鄭州450003）效率比較高、性能比較好的系統。本文簡要介紹了變鐸調速中正弦波脈寬調制（SFWM）變壓變鐸器的工作原理及正弦波脈寬調制波形的產生。

　　在進行交流電機調速時，根據轉速表達式n= 60f（l'-S）/p，（n、f、S、p分別為電動機轉速、定子電流頻率、轉差率和極對數）可以看出，當極對數P保持不變時，改變電動機的供電電源頻率，就可以平滑連續地改變電動機的轉速，這就是變頻調速。

　　頻率的改變必然引起電動機其他參數的變化，電動機參數的變化又會影響電動機的性能，為了得到滿意的調速性能，通常有兩種變頻調速方式。若將定子電流頻率f定為基頻，變頻調速時，將頻率從基頻向下調，稱為基頻向下變頻調速，若將頻率從基頻向上調，則稱為基頻向上變頻調速。三相異步電動機電壓和磁通的關系為=為常數，t/、/和分別為異步電動機定子繞組電壓、電流頻率和磁通。若采用基頻向下調速，降低電源頻率的同時，應同時降低電源電壓，否則將使磁通增加，的增加必使電動機磁路過飽和，嚴重時將使繞組過熱而使電動機損壞。可見，在由基頻向下調速方，應相應地調節電源電壓，才能保持電動機原有性能可采用1///=常數的控制方式，這時，電動機的比較大轉矩M基本恒定，這種調速方式為恒轉矩調速方式。

　　目前，市場上推出的變頻空調就是采用了改變頻率的調速方式。變頻空調采用了適用于變頻的新型篼效壓縮機，它可以根據室內溫度設定各項控制參數，由變頻器控制壓縮機的轉速，空調的制冷量與轉速成正比，所需動力大致與轉速的三次方成正比，當我們改變頻率使轉速下降時，所需動力也將大大下降，這無疑為節能開辟了一條新路徑。同時，變頻空調可以根據需要自由地加大或減小功率，從而實現了恰到好處的舒適感。

　　針對變頻空調的優點，為了滿足現有非變頻空調用戶的需要，一種用于非變頻空調，又具有較好節電及控制性能的變頻節電控制器被研制開發。

　　該變頻節電控制器的基本原理是，工頻電網的電壓經濾波整流后送人開關電源，開關電源產生一組電壓送給計箅機采樣系統，另一組送給功率模塊，計算機采樣系統對輸人電壓、輸入電流、輸出電流及溫度傳感器進行周期性采樣，根據采樣數據輸出控制信號，控制功率模塊和PWM輸出SPWM波形，這就是經變頻變壓處理后的信號，濾波后可直接送空調器使用。其原理框圖如所示工鐸電網整流濾波開關電源功率模塊一變鐸變壓輸出傳感器計算機采樣系統變頻節電控制器原理框圖在變頻節電控制器的控制電路中，比較重要的波形由逆變器橋臂中一個功率開關元件反復導通和關斷形成。n個等幅不等寬的矩形脈沖組成是PWM，所謂PWM就是由脈寬調制變換器組成的脈寬調速系統。脈寬調制變換器的作用是用脈寬調制的方法，將恒定的電壓調制成寬度可變的脈沖電壓。而SPWM是正弦脈沖調制，就是用脈寬調制的方法，產生與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。等效正弦波的產生由正弦波脈寬調制變壓變頻器完成。正弦波脈寬調制變壓變頻器的原理是，交流電壓經整流濾波后，形成恒定幅值的直流電壓，加到逆變器上，逆變器的功率開關元件采用全控式器件，按一定規律導通或斷開，使輸出端得到一系列寬度不等的矩形脈沖電壓波形，脈沖寬度不同，逆變器輸出交流基波電壓的幅值也不相同，改變正弦波調制周期（或頻率）可以控制逆變器輸出不同頻率，從而同時實現變壓變頻。電路原理及電壓波形如、3所示。

　　中~VT6是逆變器的六個全控式功率開關元件，它們各與一個續流二極管反并聯連接，整個逆變器由三相不可控整流器供電，SPWM的波形與正弦波的正半周等效，正弦妹的負半周也可以用同樣的方法得到。SPWM波形的寬度可以嚴格地用計算的方法得到。

　　SPWM電壓波形在應用中，脈沖寬度調制一般是利用正弦波作為基準的調制波，用等腰三角波作為載波，當調制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關元件的通斷時刻。同時，應注意在整個變頻范圍內都應保證+<這樣才能有正確的開關點。具體的做法是，當4相的調制波電壓！篼于載波電壓時，使相應的開關器件導通，輸出正的脈沖電壓，當調制波電壓、低于載波電壓U<時，使開關器件VT關斷，輸出電壓為零。在u的負半周中，用類似的方法控制下橋臂的VT4，輸出負的脈沖電壓序列，改變調制波的頻率時，輸出電壓基波頻率也將隨之改變，降低調制波的幅值時，各段脈沖的寬度都將變窄，從而使輸出電壓基波的幅值也相應減小。隨著整個幅值和頻率的變化，調制的脈沖波也會在寬度和頻率上作相應的變化，保證了變頻時為恒值的要求。得到的正弦脈沖調制波波形如所示SPWM逆變器輸出脈沖序列波的基波電壓正是調制時所要求的等效正弦波。

　　SPWM波與正弦調制波和三角載波的關系目前，SPWM的控制多采用數字控制，變頻節電控制器采用的是自然采樣法控制，它是移植模擬控制的方法，計算正弦波與三角波的交點，求出相應的脈寬和脈沖間歇時間，用來生成SPWM波形。即可以離線先在通用計算機上算出相應的脈寬和間歇時間，所得脈沖數據送人定時器，利用定時器中斷向接口電路送出相應的篼低電平，以實時產生SPWM波形。硬件實現上，采用了飛利浦公司新出品的篼性能單片機S7C552，它控制完成變頻器全部功能，并能進行模糊推理運算，主要檢測電網輸人電壓、節電器輸出電壓、工作電流、環境溫度和溫度變化率等一系列數值，并對各種開關控制信號和傳感器輸人的模擬信號進行模糊推理，并將計算結果送功率模塊控制輸出。同時，87C552?個芯片可以完成產生SPWM波形的全部功能。

　　在變頻調速過程中，若保持磁通恒定，則轉子電阻，電抗參數，轉子功率因數，轉子電流，及電磁轉矩都將保持不變，如果負載轉矩保持額定值不變，不論定子頻率設定在什么值上，電機都可以運行在與額定工作點相類似的比較佳工作狀態，既可以被充分利用，又不至于過熱，恰好滿足恒轉矩調速方式的需要。

　　電機是我國國民經濟各部門應用量很大的通用機械，它在運行中普遍存在設備陳舊、效率低、損耗大的問題，搞好電機的變頻調速節能工作，將對我國國民經濟建設具有重要的意義。