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

　　在進(jìn)行交流電機(jī)調(diào)速時，根據(jù)轉(zhuǎn)速表達(dá)式n= 60f（l'-S）/p，（n、f、S、p分別為電動機(jī)轉(zhuǎn)速、定子電流頻率、轉(zhuǎn)差率和極對數(shù)）可以看出，當(dāng)極對數(shù)P保持不變時，改變電動機(jī)的供電電源頻率，就可以平滑連續(xù)地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就是變頻調(diào)速。

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

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

　　針對變頻空調(diào)的優(yōu)點，為了滿足現(xiàn)有非變頻空調(diào)用戶的需要，一種用于非變頻空調(diào)，又具有較好節(jié)電及控制性能的變頻節(jié)電控制器被研制開發(fā)。

　　該變頻節(jié)電控制器的基本原理是，工頻電網(wǎng)的電壓經(jīng)濾波整流后送人開關(guān)電源，開關(guān)電源產(chǎn)生一組電壓送給計箅機(jī)采樣系統(tǒng)，另一組送給功率模塊，計算機(jī)采樣系統(tǒng)對輸人電壓、輸入電流、輸出電流及溫度傳感器進(jìn)行周期性采樣，根據(jù)采樣數(shù)據(jù)輸出控制信號，控制功率模塊和PWM輸出SPWM波形，這就是經(jīng)變頻變壓處理后的信號，濾波后可直接送空調(diào)器使用。其原理框圖如所示工鐸電網(wǎng)整流濾波開關(guān)電源功率模塊一變鐸變壓輸出傳感器計算機(jī)采樣系統(tǒng)變頻節(jié)電控制器原理框圖在變頻節(jié)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(guān)元件反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)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(diào)制變換器組成的脈寬調(diào)速系統(tǒng)。脈寬調(diào)制變換器的作用是用脈寬調(diào)制的方法，將恒定的電壓調(diào)制成寬度可變的脈沖電壓。而SPWM是正弦脈沖調(diào)制，就是用脈寬調(diào)制的方法，產(chǎn)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(chǎn)生由正弦波脈寬調(diào)制變壓變頻器完成。正弦波脈寬調(diào)制變壓變頻器的原理是，交流電壓經(jīng)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(guān)元件采用全控式器件，按一定規(guī)律導(dǎo)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(diào)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(xiàn)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(guān)元件，它們各與一個續(xù)流二極管反并聯(lián)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(fù)半周也可以用同樣的方法得到。SPWM波形的寬度可以嚴(yán)格地用計算的方法得到。

　　SPWM電壓波形在應(yīng)用中，脈沖寬度調(diào)制一般是利用正弦波作為基準(zhǔn)的調(diào)制波，用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關(guān)元件的通斷時刻。同時，應(yīng)注意在整個變頻范圍內(nèi)都應(yīng)保證+<這樣才能有正確的開關(guān)點。具體的做法是，當(dāng)4相的調(diào)制波電壓！篼于載波電壓時，使相應(yīng)的開關(guān)器件導(dǎo)通，輸出正的脈沖電壓，當(dāng)調(diào)制波電壓、低于載波電壓U<時，使開關(guān)器件VT關(guān)斷，輸出電壓為零。在u的負(fù)半周中，用類似的方法控制下橋臂的VT4，輸出負(fù)的脈沖電壓序列，改變調(diào)制波的頻率時，輸出電壓基波頻率也將隨之改變，降低調(diào)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(yīng)減小。隨著整個幅值和頻率的變化，調(diào)制的脈沖波也會在寬度和頻率上作相應(yīng)的變化，保證了變頻時為恒值的要求。得到的正弦脈沖調(diào)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(diào)制時所要求的等效正弦波。

　　SPWM波與正弦調(diào)制波和三角載波的關(guān)系目前，SPWM的控制多采用數(shù)字控制，變頻節(jié)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(yīng)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(jī)上算出相應(yīng)的脈寬和間歇時間，所得脈沖數(shù)據(jù)送人定時器，利用定時器中斷向接口電路送出相應(yīng)的篼低電平，以實時產(chǎn)生SPWM波形。硬件實現(xiàn)上，采用了飛利浦公司新出品的篼性能單片機(jī)S7C552，它控制完成變頻器全部功能，并能進(jìn)行模糊推理運算，主要檢測電網(wǎng)輸人電壓、節(jié)電器輸出電壓、工作電流、環(huán)境溫度和溫度變化率等一系列數(shù)值，并對各種開關(guān)控制信號和傳感器輸人的模擬信號進(jìn)行模糊推理，并將計算結(jié)果送功率模塊控制輸出。同時，87C552?個芯片可以完成產(chǎn)生SPWM波形的全部功能。

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

　　電機(jī)是我國國民經(jīng)濟(jì)各部門應(yīng)用量很大的通用機(jī)械，它在運行中普遍存在設(shè)備陳舊、效率低、損耗大的問題，搞好電機(jī)的變頻調(diào)速節(jié)能工作，將對我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的意義。