PWM并行调试环境的现状与技术分析

PWM并行调试环境的现状与技术分析
摘要：随着时代科技的日新月异，变频技术的不断发展，由于其节能供电的特性，深受广大群众欢迎，使用范围越来越广泛。

变频器所使用的科学技术原理来自于PWM。

PWM是按科学规律改变脉冲列的脉冲宽度，从而调节输出量和所含波形的一种调值方式。

如今，利用微处理器的数字芯片控制形成的脉冲宽度调制（PWM）技术，在测量、通信以及功率控制和变化的众多领域中灵活运用。

本文主要分析脉冲宽度调制，阐述了脉冲宽度调制（PWM）并行调试环境的现状与技术分析。

1 PWM技术概述与发展现状
1.1 PWM技术概述
近年来，随着绿色能源技术的不断发展，脉冲宽度调制（PWM）整流器技术已经成为了当下电子技术研究的热点。

PWM技术设计电子、电工、信息与控制等多个学科领域，比如从早期的半控型功率半导体开关转化为如今拥有丰富性能的全控型功率开关。

脉冲宽度调制（PWM）整流器网侧呈现出受控电流源特性，此种特性可使PWM技术获得进一步的发展和拓宽。

脉冲宽度调制（PWM）在开关技术发展中功不可没，目前以脉冲宽度调制（PWM）控制为基础的各类变流装置广泛运用于国民经济各个领域[1]，取得广泛的成功。

在能源资源日渐呈现紧张状态的当前，此项研究无疑具有非常重要的现实意义。

1.2 PWM技术发展现状
针对国内PWM技术现今研制产品有德国西门子公司推出的电机四象限运行的电压型变频器，可电机四象限运行；日本富士公司的电源再生装置，它把有源逆变单元从变频器中分离出来，作为外围装置，可与变频器的直流侧并联，从而将再生能源回馈到电网中。

现此类型的装置普遍存在的问题是价格较为昂贵，另外，一些产品对电网的要求较高，在我国不适合普遍生产，国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式，能耗制动方式主要是通过内置或者外加制动电阻的方法，将其流通电能消耗在功率较大的电阻器中[2]，从而实现电机的四象限运行，但缺点同时也与之相应存在，具体如下。

（1）能源的浪费，降低系统的作用效率。

（2）电阻发热程度对其它系统部分的工作造成影响。

（3）流程较为简单的能耗制动不能及时抑制且快速的制动产生的泵升电压
根据以上缺点，决定了能耗制动的方式只能用于中小容量系统，国内关于能量控制的研究尚在进行中，如国内相关研究学者提出PWM技术相关理论和设想，如以固定开关频率且采用电罔电动势前馈的SPWM控制以及以快速电流跟踪等为特征的滞环电流控制。

本文研究项目主要分析该项技术为电子技术发展带来的变革，和其在电子技术使用领域的重大突破，总结该项技术的优缺点。

2.能量回馈系统的拓补结构
目前关于PWM技术研究进行到半控器件结构类型方面。

如晶闸管具有耐压、耐流、耐浪涌冲击的能力是全控型功率器件所不足够达到的，晶闸管的驱动方式和电路保护都较为简单，价格也加为低廉，因此采用晶闸管构成的源逆变电路在70~80年代获得深入研究，在现阶段存在一定的实际意义。

（1）可控有源逆变型
在可控有源逆变型中，直交变换所经过的经过直流电能，向交流电源反馈能量的变换电路被称为控有源逆变型电路。

，在一般情况下将直流电能转换为50Hz或其它的交流电能并返回给拓补结构网核心。

如上图，可控有源逆变型主要是在可控整流桥的基础上再反向并联一套带有有缘逆变器的装置，可有效阻断环流发生。

有源逆变复用型
有源逆变复用型主要是利用一套可控的整流桥既完成整流，又同时实现有源逆变，这样可以使装置的体积减小，从而降低成本使用。

A多脉宽调制方式（MPWM）
多脉宽调制方式（MPWM）仅采用抑制晶体管来实现能量的回馈控制，从而使电路的结构更为简单，低次谐波被有效抑制。

B正弦波脉宽调制（SPWM）方式
正弦波脉宽调制（SPWM）方式仅采用一只晶体管，即可实现能量的回馈控制，电路的结构变得更为简单，有效抑制了低次谐波。

C可调的库克方式（MCC）
此种方式可在MPWM方式的基础上增加一个大型的电容器设备，从而通过控制电容器的充电和放电过程来确保能量的回馈可以保持连续的工作，工作原理基本与MPWM方式较为相似，有待呢为可连续的回馈能量，不仅保持了电流的连续性，还能使回馈的电流功率与之间相比较高，使开关所接受的损耗较小。

但不足之处在于其发出噪声较大和负载转矩动脉。

（3)逆变回馈方式
以上几种方式的使用虽然能实现能量回馈过程的控制，但其缺点却集中在晶闸管强迫换流关断的问题，这种问题如若发生则会直接导致直流侧电压方方面存在限制。

国外相关专家学者Dennis提出一种设想[3]：给予晶闸管的新型回馈装置，其主回路主要包括同步整流器SR、母线换相器BC、电流调节器CR，基本思路为直流母线电压达到一定值时，该装置将进行启动，从而通过对回流电流大小的控制，将再生能量有效的回馈到电网中。

其特点主要为可广泛运用于PWM交流传动的能量回馈制动场合、控制方便，经济可行、结构简单。

3.PWM技术优缺点分析
3.1PWM技术优点分析
PWM的优点为：
系统信号无需进行数模转换，从处理器到被控系统信号都是数字形式的。

噪声影响降到最小。

让信号保持为数字形式，可将噪声影响降到最小。

电路中产生的噪声的强度只有在将逻辑1导为逻辑0或将逻辑0导为逻辑1时，才能对数字信号产生影响。

（3）与模拟控制相比PWM抵抗噪声能力强。

这是有时将PWM用于通信应用的主要原因。

因为模拟信号导向PWM，可将通信距离适当延长，于是，在接收端通过适当的网络可滤除调制高频方波，进而将信号还原为模拟信号。

综上所述，PWM具有经济、节约空间、抗噪性能强的优点，深得广大工程师的喜爱，此项高效技术已在许多设计应用中使用。

3.2 PWM技术缺点分析
（1）PWM技术对电路中输入电压的变化动态未能立即响应，反应较为缓慢。

（2） PWM技术补偿网络设计较为复杂，在拓补结构中，闭环所形成的增益会随着输入电压而发生变化。

（3）PWM技术中，如输出LC滤波器则会给控制环增加双极点，因此，在补偿设计误差放大器时，必须将主极点低频衰减或增加1个零点进行误差补偿。

（4）PWM在传感和控制器磁芯饱以及故障状态方面，其运用和计算以及结构的建立均较为复杂。

4.总结
综上所述，PWM并行调试环境的现状与技术分析具有重要意义，而要从根本上保障PWM并行调试环境的性能完整，首先就要求针对实际使用情况，从实际角度出发，结合PWM技术分析，设计出科学、合理的技术方案。

只有确能量回馈系统的可行性，才能最终落实PWM技术在各个领域中的运用。

通过上述分析可知，随着绿色能源技术的不断发展，脉冲宽度调制（PWM）整流器技术已经成为了当下电子技术研究的热点。

PWM技术设计电子、电工、信息与控制等多个学科领域，但PWM技术现存在着能源的浪费、电阻发过量、流程较为简单的能耗制动不能及时抑制等缺点。

所以，根据对现下PWM技术的分析，可使用可控有源逆变型、有源逆变复用型、逆变回馈方式解决PWM现存问题，完善PWM技术的使用，实现对我国现代电工技术的发展。

参考文献
[1] 刘钟淇,宋强,刘文华等.基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统[J].电力系统自动
化,2010,34(2):53-58.
[2] 王琨,冯琳,李国杰等.一种适用于飞跨电容型多电平逆变器的新型载波同相层叠PWM方法[J].电力系统保护与控制,2014,(14):8-13.
[3] 王恩德,黄声华.三相电压型PWM整流的新型双闭环控制策略[J].中国电机工程学报,2012,32(15):24-30.。