SPWM變頻調速的基本原理與在交流伺服電機中SPWM變頻調速方法

　　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)重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節上時(shí)，其效果基本相同。SPWM法就是以該結論為理論基礎，用脈沖寬度按正弦規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(kāi)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區間內的面積相等，通過(guò)改變調制波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。

　　spwm變頻調速原理

　　SPWM變頻調速的工作原理：

　　脈寬調制技術(shù)是利用通訊技術(shù)中的“調制”的概念，以所期望的波形作為調制波，而將被調 制的信號成為載波。

　　SPWM的控制模式：

　　SPWM調制波是根據三角波與正弦波的交點(diǎn)來(lái)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷工作時(shí)刻的。

　　spwm的應用

　　SA8281型SPWM波發(fā)生器原理及在變頻器中的應用

　　脈寬調制技術(shù)通過(guò)一定的規律控制開(kāi)關(guān)元件的通斷，來(lái)獲得一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，用以近似正弦電壓波形。脈寬調制技術(shù)在逆變器中的應用對現代電力電子技術(shù)以及現代調速系統的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。近幾年來(lái)，由于場(chǎng)控自關(guān)斷器件的不斷涌現，相應的高頻SPWM（正弦脈寬調制）技術(shù)在電機調速中得到了廣泛應用。SA8281是MITEL公司推出的一種用于三相SPWM波發(fā)生和控制的集成電路，它與微處理器接口方便，內置波形ROM及相應的控制邏輯，設置完成后可以獨立產(chǎn)生三相PWM波形，只有當輸出頻率或幅值等需要改變時(shí)才需微處理器的干預，微處理器只用很少的時(shí)間控制它，因而有能力進(jìn)行整個(gè)系統的檢測。保護和控制等?；赟A8281和89C52的變頻器具有電路簡(jiǎn)單。功能齊全。性能價(jià)格比高?？煽啃院玫葍?yōu)點(diǎn)。

　　單片機生成

　　市場(chǎng)上使用的很多單片機都有生成SPWM控制波形的功能，該生成波形外接驅動(dòng)電路即可驅動(dòng)功率橋，達到逆變的目的。應該說(shuō)，只要具有PWM模塊和定時(shí)器模塊的單片機都可以完成此任務(wù)。

　　具體實(shí)現即首先將正弦表賦值給數組。然后PWM波形發(fā)生模塊每個(gè)PWM周期進(jìn)入中斷，在ISR中按照正弦表更改PWM比較器的值，依次循環(huán)即可。

　　交流伺服電機中SPWM變頻調速方法

　　交流電機變頻調速系統中的關(guān)鍵部件之一就是逆變器，由于調速的要求，逆變器必須具有頻率連續可調、以及輸出電壓連續可調，并與頻率保持一定比例關(guān)系等功能。

　　利用脈沖寬度調制逆變器可實(shí)現變頻也變壓。如圖所示，因電壓的平均值和占空比成正比，所以在調節頻率時(shí)，改變輸出電壓脈沖的占空比，就能同時(shí)實(shí)現變頻和變壓。與圖1（a）相比，圖1（b）所示電壓周期增大（頻率降低），而占空比減小，故平均電壓降低。

　　采用PWM方法控制逆變管的通、斷時(shí)，可獲得一組幅值相等、寬度相同的矩形脈沖，改變矩形脈沖的寬度可控制其輸出電壓，改變調制周期可控制其輸出頻率，同時(shí)實(shí)現變壓和變頻。因輸出電壓波形為矩形波，具有許多高次諧波成分。對電機來(lái)說(shuō)，有用的是電壓的基波。為了減少諧波影響，提高電機的運行性能，應采用對稱(chēng)的三相正弦波電源為三相交流電機供電。

　　正弦波脈寬調制型逆變器（SPWM）的輸出端可獲一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，來(lái)近似等效于正弦電壓波。SPWM脈寬調制波形，如圖2。當正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖的間隔則最小。反之，當正弦值較小時(shí)，脈沖的寬度也小，而脈沖的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負載電流中的高次諧波成分大大減少。

　　采用數字電路的SPWM逆變器，可采用以軟件為基礎的控制模式。優(yōu)點(diǎn)是所需硬件少，靈活性好和智能性強。缺點(diǎn)是需要通過(guò)計算確定SPWM的脈沖寬度，有一定的延時(shí)和響應時(shí)間。隨著(zhù)高速度、高精度多功能微處理器、微控制器和SPWM專(zhuān)用芯片的發(fā)展，采用微機控制的數字化SPWM技術(shù)已占當今PWM逆變器的主導地位。

　　SPWM變頻調速系統，其中各部分的功用：

　　速度給定器：給定信號，控制頻率、電壓及正反轉。

　　平穩啟動(dòng)回路：使啟動(dòng)加、減速時(shí)間可隨機械負載設定，以達到軟啟動(dòng)的目的。

　　函數發(fā)生器：在輸出低頻信號時(shí)保持電機氣隙磁通一定，補償定子電壓降的影響。

　　電壓頻率變壓器：將電壓轉換為頻率，經(jīng)分頻器、環(huán)形計數器產(chǎn)生方波，和經(jīng)三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波一起送入調制回路。

　　電壓調節器：產(chǎn)生頻率和幅度可調的控制正弦波，送入調制回路，送入調制回路，在調制回路中進(jìn)行SPWM變換，產(chǎn)生三相的脈沖寬度調制信號。在基極回路中輸出信號至功率晶體管基極，即對SPWM的主回路進(jìn)行控制，實(shí)現對永磁交流伺服電機的變頻調速。

　　電流檢測器：過(guò)載保護。