PWM型变频器的基本控制方式(DOC)
三相交流电压型PWM变频电源及控制方法
特点？
43-17同步调制和异步调制方式
（3）同步调制和异步调制方式：
根据载波频率与调制 波频率的关系， 调制方法又分为：
fsw / Hz
载波比k =fsw/fout
• 同步调制：载波比k为
3 的倍数, 能保证逆变器 输出波形的正、负半波
fout / Hz
对称，也能保证三相平 衡。但低速时,脉冲间隔
▪ 交流电机：
▪ 异步机: 绕线式，鼠笼式 ▪ 同步机: 它激式，自激式，永磁式
43-2变频器的分类
交流交流 (交)直交
矩阵式
相控型 电压型
硬开关 电流型
PAM 两电平
PWM 多电平
软开关
图 6.2.1 变频器的类型
三角波 PWM
空间电压矢量法 其他
重点:电压型, 两电平, PWM, 空间电压矢量法
uA
B : e j120o
F1 uB
uC
C : e j120o O
A : e j0
IM
Fg (t) 2 / 3(FA FB FC )
图 6.2.10 三 相 理 想 电 源 和 空 间 磁 动 势 表 示
2 / 3(
f Ae j0o
f e j120o B
fC e j120o )
空间位置
FA FB
uUN'
Ud
②
2
O
Ud 2
uVN'
Ud
③
2
O
Ud 2
uWN'
Ud
④
2
O
uA0 uB0 uC 0
ura (k) 与 该 周 期 内 矩 形 波 uAO (k ) 的平均值相等。
PWM控制——精选推荐
本文详细阐述pwm的原理： PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
1.PWM控制的基本原理理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2a 所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
图3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。
PWM波形可等效的各种波形：直流斩波电路：等效直流波形SPWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。
2. PWM相关概念占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比如，一个PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，就是1000us，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。
SVPWM,PWM调制技术
第四章 PWM 调制技术4.1 PWM 控制技术分类PWM 控制技术：即利用功率器件不断的关断和开通把直流电压转变成某一形状的电压脉冲序列，以实现变压、变频并能有效地控制和消除谐波的一门技术。
由于我们使用的电机反电动势为正弦波，因此我们不再考虑120度直流方波控制，而考虑正弦波控制技术，目前光正弦控制技术就有，电压型正弦，电流型正弦，磁通型正弦。
这三种的控制技术的比较依次有控制效率优->转矩脉动小->消除噪声。
性能指标：1、电流谐波：影响电机的铜损；()22211/1I Lcu n n h I THD P n U U I I THD ∝==∑∞=(4-l)2、最大调制率：调制信号峰值U1m 与三角载波信号峰值之比，体现直流母线电压的利用率；tmmU U m 1=1~0:m (4-2)3、谐波转矩：由谐波电流引起；NAVT T T T -=∆max (4-3)4、开关频率和开关损耗；开关频率增加—>谐波电流减小—>系统性能改善—>开关损耗增大，干扰增加。
4.2 PWM 波形调制原理关于120度直流方波调制原理，可参考文献[2] 第238页的矩形波控制部分，还可以参考文献[7]-[10] ，理解它们对加深理解正弦波控制会更容易些，因本论文重点在正弦波控制，因此这里不作累述，只针对其它类型更先进的调制方式进行介绍。
所谓100%调制指的是PWM 可以达到100%的调制，也就是全周期导通，而50%调制指的是半周期导通。
如以正弦电压调制为例，在波峰时全导通就是100%调制率，在波峰时半周期导通就是50%调制率。
为直观的理解参考图4.1PWM 波形调制原理。
图4.1 PWM 波形调制原理关于调制率因为涉及到最大电压的利用率问题，所以这里给出两个不同调制率下对比波形，三角波为载波，三角波下面的波形为PWM 调制波。
4.3 电压正弦PWM 调制技术正弦波形的数学函数为：)sin()(t m t F ω=(4-4)相电压和线电压均为正弦波PWM ，参考图4.2； 最大输出线电压小于最大输入线电压max out V ；in out V V 23max .=(4-5)图4.2 电压正弦调制波4.4 鞍形PWM 调制技术（准优化PWM 技术）鞍形调制波的数学函数为：)3sin 61(sin 32)(t t mt F ωω+=(4-6)相电压为畸形波，线电压为PWM 正弦波，波形好，参考图4.3； 最大输出线电压等于最大输入线电压max out V ；图4.3 鞍形PWM 调制波4.5电流正弦PWM 调制技术电机的控制特性：转矩或者电流的闭环控制质量好，良好的动态响应，平稳的低速运行。
变频器的控制方式有哪些
变频器的控制方式有哪些变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
那么，常见的变频器有哪些种类，它们的控制方法又是什么？变频器的种类从控制方式来讲，现在市场上常见的有V/F控制变频器、矢量控制变频器两种。
从电压角度来讲，有低压变频器、高压变频器两种。
从电源角度来讲，有单相变频器、三相变频器的区分。
从适用场合来分，有通用变频器、风机水泵专用型变频器、注塑机专用型变频器、拉丝机专用变频器、电梯专用变频器、球磨机专用变频器等等。
变频器常用的控制方式1、非智能控制方式在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f 协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
（1）V/f正弦脉宽调制（SPWM）控制方式V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。
V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。
（2）转差频率控制转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。
这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳。
PWM型变频器的基本控制方式
PWM型变频器的基本控制方式通用的PWM型变频器是一种交—直—交变频，通过整流器将工频交流电整流成直流电，经过中间环节再由逆变器将直流电逆变成频率可调的交流电，供给交流负载。
异步电动机调速时，供电电源不但频率可变，而且电压大小也必须能随频率变化，即保持压频比基本恒定。
PWM型变频器一般采用电压型逆变器。
根据供给逆变器的直流电压是可变的还是恒定的，变频器可分成两种基本控制方式。
(1)变幅PWM型变频器这是一种对变频器输出电压和频率分别进行调节的控制方式，其基本电路如图3-3所示。
中间环节是滤波电容器。
图2-3 变幅PWM型变频器晶闸管整流器用来调压，与一般晶闸管调压系统一样，采用相位控制，通过改变触发脉冲的延迟角α来获得与逆变器输出频率相对应的不同大小的直流电压。
逆变器只作输出频率控制，它一般是由6个开关器件组成，按脉冲调制方式进行控制。
图3-4所示是另一种直流电压可调的PWM变频电路。
它采用二极管不可控整流桥，把三相交流电变换为恒定的直流电。
分立斩波器电路，来改变输出直流电压的大小，通过逆变器输出三相交流电。
图2-4 利用斩波器的变频电路图以上两种调压式变频电路，都需要两极可控功率级，相比较，采用晶闸管整流桥可以获得更大功率的直流电，由于可控整流桥采用相位控制，输入功率因数将随输出直流电压的减小而降低；而斩波式调压，输入功率变流级采用的是二级管整流桥，所以输入端有很高的功率因数，代价是多了一个斩波器。
另外，就动态响应的快速性来说后者比前者好。
(2)恒幅PWM型变频器恒幅脉宽调制PWM式变频电路如图3.3所示，它由二极管整流桥，滤波电容和逆变器组成。
逆变器的输入为恒定不变的直流电压，通过调节逆变器的脉冲宽度和输出交流电压的频率，既实现调压又实现调频，变频变压都是由逆变器承担。
此系统是目前使用较普遍的一种变频系统，其主电路简单，只要配上简单的控制电路即可。
它具有下列主要优点：1）简化了主电路和控制电路的结构。
变频器的控制方式及合理选用
变频器的控制方式及合理选用1.变频器的控制方式低压通用变频器输出电压在380~650V，输出功率在0.75~400KW，工作频率在0~400HZ，它的主电路都采用交-直-交电路。
其控制方式经历以下四代。
（1）第一代以U/f=C，正弦脉宽调制（SPWM）控制方式。
其特点是：控制电路结构简单、成本较低，但系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。
（2）第二代以电压空间矢量（磁通轨迹法），又称SPWM控制方式。
他是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形。
以内切多边形逼近圆的方式而进行控制的。
经实践使用后又有所改进：引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流成闭环，以提高动态的精度和稳定度。
但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。
（3）第三代以矢量控制（磁场定向法）又称VC控制。
其实质是将交流电动机等效直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。
通过控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
然而转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，实际效果不如理想的好。
（4）第四代以直接转矩控制，又称DTC控制。
其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。
具体方法是：a.控制定子磁链——引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；b.自动识别（ID）——依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；c.算出实际值——对定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；d.实现Band-Band 控制——按磁链和转矩的Band-Band 控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制；e.具有快速的转矩响应（〈2ms），很高的速度精度（±2%，无PG反馈），高转矩精度（〈±3%）；f.具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时）,可输出150% ~200%转矩。
PWM脉宽调制变频电路
PWM脉宽调制变频电路
在图4-2b、c两种电路结构中，因采用不可控整流 器，功率因数高。而在图4-2a电路中，由于采用可控 整流，输出电压有换相电压降产生，谐波的无功功率 使得输入端功率因数降低。在图4-2a、b两种电路结构 中，独立的调压调频环节使之容易分开调试，但系统 的动态反应慢。图4-2c所示的电路结构则具有动态响 应快，功率因数高的特点。
PWM脉宽调制变频电路
变频器的分类与交—直—交变频器 的结构框图。图4-1a所示的交—交变频器在结构上没有 明显的中间滤波环节，来自电网的交流电被直接变换为 电压、频率均可调的交流电，所以称为直接变频器。而 图4-1b所示的交—直—交变频器有明显的中间滤波环节， 其工作时首先把来自电网的交流电变换为直流电，经过 中间滤波环节之后，再通过逆变器变换为电压、频率均 可调的交流电，故又称为间接变频器。
图4-10 分段同步调制
PWM脉宽调制变频电路
4.1.2 SPWM波形的开关点算法
在SPWM系统中，通常是利用三角载波与正弦参 考波进行比较以确定逆变器功率器件的开关时刻， 从而控制逆变器输出可调正弦波形。这一功能可由 模拟电子电路、数字电子电路、专用的大规模集成 电路等装置来实现，也可由计算机编程实现。SPWM 系统开关点的算法，主要分为两类：一是采样法， 二是最佳法。
形成不可调的直流电压Ud。而逆变环节则以六只功率开关
器件和辅助元件构成，这些开关器件可以选用功率晶体管 GTR，功率场效应晶体管MOSFET，绝缘门极晶体管IGBT等。 控制逆变器中的功率开关器件按一定规律导通或断开，逆 变器的输出侧即可获得一系列恒幅调宽的输出交流电压， 该电压为可调频、可调压的交流电——VVVF。
PWM脉宽调制变频电路
4.1.1 PWM脉宽调制原理
脉宽调制(PWM)控制技术变频器
脉宽调制（PWM）控制技术变频器作者：王文惠孙国平干传东来源：《决策与信息·下旬刊》2013年第08期摘要能源是目前世界紧缺性问题，电力紧缺是目前我国一大现实问题。
使用变频器后，可节电49% 。
延长设备的使用寿命，可使电动机软起动、软停止，避免对机械的冲击，所以延长设备的使用寿命。
降低噪音，按负载的大小调节转速，可以降低机械和风机等的噪声。
关键词脉宽调制（PWM）控制技术变频器中图分类号：TM33 文献标识码：A为提高环境的舒适性，在电梯、电动车上采用变频器调速，可以改善加速与减速的平滑性，从而可提高乘坐的舒适感。
实现自动化，使设备小型化，近几年来，通用变频器在国民经济各部门得到了迅速的推广应用。
一、电器传动国内外发展概况电器传动是指以各类电动机为动力的传动装置与系统。
因电动机种类的不同，有直流电动机传动、交流电动机传动、步进电动机传动、伺服电动机传动、等等。
众所周知，直流电动机尽管比交流电动机结构复杂、成本高维修保养费用较贵，但其调速性能很好，所以，在调速传动领域中一直占主导地位。
然而，由于电力电子技术的迅速，发展，使电器传动发生了重大变革，即交流调速传动迅猛发展，电器传动交流化的新时代已经到来。
交流电动机与直流电动机相比，有结够简单、牢固、成本低廉等许多点，缺点是调速困难、现在，借助电力电子技术以解决了交流电动机调速问题，交流电动机调速传动已占主导地位。
据日本早年统计，1975年交流电动机调速与直流电动机调速之比是1 ：3，而到了1985年成了3 ：1。
近10多年来发展更快。
20世纪末，在工业发达国家，交流调速已占主导地位。
纵观交流电动机调速传动发展的过程，大致是沿着三个方向发展的：一个是取代直流调速实现少维修、省力化为目标的高性能交流调速；另一个是以节能为目的的，改恒速为调速，用于交流电气传动中的变频器实际上是变压（Variable Voltage，简称 VV）变频（Variable Frequency 简称VF）器，即VVVF.正弦波PWM法（SPWM）是为了克服等脉宽PWM法的缺点而发展来的.它从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频调压的三相对称正弦波电源。
变频器常用的10种控制方式
变频器常用的10种控制方式
变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心—变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素。
除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。
本文从工业实际出发，综述了近年来各种变频器控制方式的特点，并展望了今后的发展方向。
一、变频器的分类
变频器的分类方法有多种。
按照主电路工作滤波方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器。
按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器。
按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等。
按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
二、变频器中常用的控制方式
1、非智能控制方式
在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
(1) V/f控制
V/f就是加在电机定子上的电压和电源频率的比值。
如下图，V/F符合直线AB，则是直线型；符合折线段ABC，则是多点型；符合曲线AB，则是平方型。
脉冲宽度调制(PWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)变频技术简介
变频技术之PWM调制技术与SPWM调制技术详解变频技术通过改变电力信号的频率来调节电动机、压缩机和其他电气设备的运行速度。
在实际应用中，变频器是变频技术的核心装置，而脉冲宽度调制（PWM）技术和正弦波脉宽调制（SPWM）技术是实现变频器控制的重要手段。
什么是PWM调制技术PWM调制技术通过控制脉冲信号的宽度，实现对输出电压的调节。
在变频技术中，PWM被广泛应用于变频器中，以控制电动机的速度和转矩输出。
通过改变脉冲信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以实现对电动机的精确控制。
当需要增大输出电压时，增加脉冲信号的宽度；当需要减小输出电压时，减小脉冲信号的宽度。
这种方式使得电动机可以在不同负载条件下保持稳定的转速和扭矩输出。
同时，PWM调制技术还具有响应快、控制精度高、效率高等优点，被广泛应用于各种电力控制系统中。
PWM调制波形如图1所示：图1PWM调制波形PWM技术具有以下优点：高效性：由于PWM技术可以通过调整脉冲宽度来控制电机的输出电压和频率，因此可以实现电机在不同负载条件下的高效运行。
通过减小电机额定电压，PWM技术可以降低电机的功耗，提高整体效率。
精确控制：PWM技术具有响应速度快、控制精度高的特点。
通过微调脉冲宽度和周期，可以实现对电机转速和扭矩的精确调节，满足不同应用的需求。
减少机械冲击：PWM技术可以实现电机的软启动和软停止，减少了机械系统的冲击和磨损，延长了设备的使用寿命。
尽管PWM技术具有许多优点，但也存在一些局限性：谐波问题：PWM技术在产生脉冲信号时会引入谐波成分，可能对电力网络和其他设备造成干扰。
为了减少谐波，需要采取滤波和抑制措施，增加了系统的复杂性和成本。
开关损耗：PWM技术使用高频开关装置，开关的频繁操作会产生开关损耗。
这些损耗会转化为热能，需要适当的散热系统来冷却电路。
EMI干扰：由于高频开关操作，PWM技术可能会产生电磁干扰（EMI），对周围的电子设备和无线通信系统造成干扰。
第二章之二 PWM控制
2.3
PWM控制基础
随着自关断型电力电子器件（如GTO、 GTR、IGBT、MOSFET等）、微电子技术 及微计算机技术的发展，采用脉宽调制 （PWM）控制技术的变频调速器蓬勃发展 起来。PWM变频器基本解决了常规六脉波 变频器中存在的问题，成为现代交流调速 技术发展最快的一个领域。
PWM控制基础
2. PWM变频器
VT1 ~ C
VT3
VT5 A B M C 3~
Ud
VT4 VT6 VT2
(a)
图2-18 PWM变频器的原理图 (a) 主电路
2.3
PWM控制基础
ura
参考信 号发生 器 − urb
ud
a
ud
b
−
urc
驱动VT1~VT6
2.3
PWM控制基础
恒压恒频 (CVCF)
中间直流环节
变压变频 (VVVF)
DC AC ~ 50Hz
C PWM 逆变器
AC
调压调频
交-直-交PWM变压变频器
2.3
PWM控制基础
u
1. PWM控制原理
在采样 控制理 论中
有一个重要的结论：
a)
u
ur uc
O
t
uo Ud
uo f
uo
O -Ud 图6-6
t
使开关器件难以承受。
2.3
PWM控制基础
u u rU uc u rV u rW
同步调制 三相PWM 波形
O
t
u UN'
Ud 2 U - d 2
0
t
u VN'
0 t
变频器的PWM控制方式
PWM控制是 PuLse Width Modulation（脉冲宽度调制）控制的简称，是指逆变电路部分同时对输出电压（电流）的幅值和频率进行控制的控制方式。
在这种控制方式中，以较高频率对逆变电路的半导体开关元器件进行开闭，并通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压（电流）的目的。
为了使异步电动机在进行调速运转时能够更加平滑，目茼在变频器中多采用正弦波PWM控制方式。
所谓正弦波PWM控制方式指的是通过改变PWM输出的脉冲宽度．使输出电压的平均值接近于正弦波。
这种控制方式也称为SPWM控制。
采用PWM控制方式的变频器具有可以减少高次谐波带来的各种不良影响，转矩波动小，而且控制电路简单，成本低等特点，是目前在变频器中采用最多的一种逆变电路控制方式。
但是该方式也具有当载波频率不合适时会产生较大的电动机运转噪声的缺点。
为了克服这个缺点，在采用PWM控制方式的新型变频器中都具有一个可以改变变频器载波频率的功能，以便使用户可以根据实际需要改变变频器的载波频率，从而达到降低电动机运转噪声的目的。
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电力电子变频器及PWM控制原理
目录
• 电力电子变频器概述 • PWM控制原理 • 电力电子变频器PWM控制策略 • PWM控制技术在电力电子变频器中的应
用 • PWM控制技术的发展趋势与展望
01
电力电子变频器概述
变频器定义与工作原理
变频器定义
变频器是一种将固定频率的交流电转换为可变频率和电压的交流电的电力电子装 置。
电压矢量PWM控制策略
基于电压空间矢量的概念，将三相电压等效为一个旋转的合成空间矢量，通过 调节该矢量的幅值和角度实现电机转矩和速度的控制。该策略具有直流电压利 用率高、转矩脉动小等优点。
电流PWM控制策略
峰值电流PWM控制策略
通过控制输入电流的峰值，实现电机的恒功率控制。该策略 具有简单易实现、动态响应快等优点，但低速时存在转矩脉 动和过电流的问题。
能质量。
05
PWM控制技术的发展趋 势与展望
PWM控制技术的发展趋势
高效能化
随着电力电子技术的不断进步，PWM控制技术也在向更 高效率的方向发展，以实现更低的能耗和更高的能源利用 效率。
智能化
随着人工智能和大数据技术的快速发展，PWM控制技术 也在向智能化方向发展，通过自适应、自学习等技术实现 更精准的控制和优化。
平均电流PWM控制策略
通过控制输入电流的平均值，实现电机的恒转矩控制。该策 略具有转矩脉动小、稳态精度高等优点，但动态响应较慢。
矢量PWM控制策略
磁场定向控制PWM策略
将异步电动机的定子电流分解为与转子磁场方向相垂直的励磁电流和与转子磁场方向一致的转矩电流 ，分别进行控制。该策略具有调速范围宽、动态响应快等优点，但需要精确的电机参数和复杂的控制 系统。
和电流型 变频器。电压型变频器输出电压 可调，而电流型变频器输出电流
PWM原理
3 PWM变频控制技术3.1 PWM控制技术概述所谓脉宽调制PWM（Pulse Width Modulation）技术是指利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频控制并且消除谐波的技术，简称PWM技术。
当然，这对我们来说并不陌生，在前面介绍的交-直-交变压变频电路即是充分利用了这一技术。
我们的毕业设计内容也是得用PWM技术来控制电机。
所以我们有必要充分了解一下PWM技术的原理及它的优点等内容。
在变频调速系统中采用PWM技术不仅能够及时、准确地实现变压变频控制要求，而且更重要的意义是抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量，从而降低或消除了变频调速电动机的转矩脉动，提高了电动机的工作效率，扩大了调速系统的调速范围。
目前，实际工程中主要采用的PWM技术是正弦PWM(SPWM)，这是因为采用这种技术的变频器输出的电压或电流波形接近于正弦波形。
PWM型变频器的主要特点是：（1）主电路只有一个可控的功率环节，开关元件少，控制线路结构得以简化；（2）整流侧使用了不可控整流器，电网功率与逆变输出电压无关，基本上接近于1；（3） VVVF在同一环节实现，与中间储能元件无关，变频器的动态响应加快；（4）通过对PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次谐波，实现接近正弦波形的输出交流电压波形。
3.1.1 PWM控制的基本原理PWM控制技术的重要理论基础就是面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上时，其效果基本相同。
下面我们分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波。
把图3-1（a）的正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不是等宽的矩形脉冲的中点和相应正弦波部分面积（冲量）相等，图3.1 PWM波就得到3.1（b）所示的脉冲序列。
变频器pwm控制的基本原理
变频器pwm控制的基本原理变频器（Variable Frequency Drive，简称VFD）是一种能够通过改变电机供电频率来实现对电机转速控制的设备。
其中，PWM （Pulse Width Modulation）脉宽调制技术是变频器实现对电机控制的基本原理。
PWM脉宽调制技术是一种通过改变电压的占空比来实现对电机转速的控制方法。
在PWM控制中，控制器会根据需要的电机转速，通过调整输出信号的占空比来改变电机的输出功率。
占空比即高电平信号的持续时间与一个周期的时间之比。
通过调整占空比，可以改变电机的平均电压，进而控制电机的转速。
实际上，PWM脉宽调制技术是将输入电压转换为一个高频脉冲信号的方法。
这个高频脉冲信号的占空比可以通过改变PWM控制器的输出信号的高电平时间来实现。
在控制器中，通过比较电压参考信号和三角波信号，生成一个高低电平不断变化的PWM信号。
这个PWM信号经过放大后，供给给电机，从而实现电机的转速控制。
PWM脉宽调制技术的优点是能够在不改变电压幅值的情况下，通过改变占空比来控制电机转速。
这种方法可以在电机运行时提供最大的电压和电流，从而提高电机的输出功率。
同时，由于PWM脉冲信号的频率很高，电机会感受不到电压的突变，减少了能源的浪费和电机的损耗。
通过PWM脉宽调制技术，变频器可以实现对电机的精确控制，从而适应不同的工作需求。
在实际应用中，可以通过调节PWM信号的占空比来改变电机的转速，实现电机的正转、反转、加速、减速等操作。
同时，PWM脉宽调制技术还可以实现对电机的过载保护、启动和停止控制，提高了电机系统的可靠性和安全性。
PWM脉宽调制技术作为变频器控制电机转速的基本原理，通过改变电压信号的占空比来实现对电机的精确控制。
这种技术不仅能够提高电机的输出功率，还能适应不同的工作需求，实现多种操作模式。
通过PWM脉宽调制技术，变频器为电机系统的高效运行提供了关键的支持。
变频器的控制方法
变频器的控制方法变频器是一种用于控制电动机转速的设备，它通过改变电源的频率来实现对电动机的精确控制。
变频器的控制方法有多种，下面将逐一介绍。
1. 开关控制：开关控制是变频器最基本的控制方式之一。
通过手动或自动操作，将变频器的开关打开或关闭，从而控制电动机的启停。
这种控制方法简单直接，适用于一些简单的应用场景，但无法实现精确的转速调节。
2. 脉宽调制（PWM）控制：脉宽调制是一种常见的变频器控制方法。
它通过改变电源信号的脉冲宽度来控制电动机的转速。
脉宽调制技术可以实现高效的能量转换，使得电动机在不同负载下都能保持稳定的转速。
同时，脉宽调制还可以实现电动机的正反转和制动功能。
3. 矢量控制：矢量控制是一种较为高级的变频器控制方法。
它通过对电动机的转子位置和速度进行准确测量，并根据测量结果计算出合适的电流矢量，从而实现对电动机的精确控制。
矢量控制可以实现电动机的高速响应和精确的转速调节，适用于一些对转速要求较高的场合。
4. 感应电动机矢量控制：感应电动机矢量控制是一种应用广泛的变频器控制方法。
它通过对感应电动机的转子位置和转速进行测量，并根据测量结果调整电动机的电流矢量，从而实现对电动机的精确控制。
感应电动机矢量控制具有响应速度快、转速范围广等优点，适用于各种工业领域。
5. 闭环控制：闭环控制是一种基于反馈的变频器控制方法。
它通过测量电动机的转速，并将转速信号与设定值进行比较，然后根据比较结果调整电动机的控制参数，从而实现对电动机转速的闭环控制。
闭环控制可以有效消除外界干扰和负载变化对电动机转速的影响，实现更加精确的转速控制。
以上是几种常见的变频器控制方法，每种方法都有自己的特点和适用场景。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的控制方法，并结合其他控制策略进行综合控制，以实现更好的控制效果。
变频器的控制方法不断创新和发展，为电动机控制提供了更多的选择和可能性。
PWM型变频器的基本控制方式
PWM型变频器的基本控制方式通用的PWM型变频器是一种交—直—交变频，通过整流器将工频交流电整流成直流电，经过中间环节再由逆变器将直流电逆变成频率可调的交流电，供给交流负载。
异步电动机调速时，供电电源不但频率可变，而且电压大小也必须能随频率变化，即保持压频比基本恒定。
PWM型变频器一般采用电压型逆变器。
根据供给逆变器的直流电压是可变的还是恒定的，变频器可分成两种基本控制方式。
(1)变幅PWM型变频器这是一种对变频器输出电压和频率分别进行调节的控制方式，其基本电路如图3-3所示。
中间环节是滤波电容器。
图2-3 变幅PWM型变频器晶闸管整流器用来调压，与一般晶闸管调压系统一样，采用相位控制，通过改变触发脉冲的延迟角α来获得与逆变器输出频率相对应的不同大小的直流电压。
逆变器只作输出频率控制，它一般是由6个开关器件组成，按脉冲调制方式进行控制。
图3-4所示是另一种直流电压可调的PW M变频电路。
它采用二极管不可控整流桥，把三相交流电变换为恒定的直流电。
分立斩波器电路，来改变输出直流电压的大小，通过逆变器输出三相交流电。
图2-4 利用斩波器的变频电路图以上两种调压式变频电路，都需要两极可控功率级，相比较，采用晶闸管整流桥可以获得更大功率的直流电，由于可控整流桥采用相位控制，输入功率因数将随输出直流电压的减小而降低；而斩波式调压，输入功率变流级采用的是二级管整流桥，所以输入端有很高的功率因数，代价是多了一个斩波器。
另外，就动态响应的快速性来说后者比前者好。
(2)恒幅PWM型变频器恒幅脉宽调制PWM式变频电路如图3.3所示，它由二极管整流桥，滤波电容和逆变器组成。
逆变器的输入为恒定不变的直流电压，通过调节逆变器的脉冲宽度和输出交流电压的频率，既实现调压又实现调频，变频变压都是由逆变器承担。
电力电子技术——无源逆变电路及PWM控制技术(04-05)
半波镜对称：通常要求正负半周对应的PWM波形 半波镜对称，以消除偶次谐波。通常四分之一波 也要对称。
uo
+Ud/2
0
t
t1
-Ud/2
图8-21 两点式（双极性）PWM波形
• 两点式PWM波形不如三点式波形更逼近正弦： 要达到同样的基波、谐波成分要求，两点式PWM 需要更高的开关频率，每半周脉冲个数N要增大。 三点式PWM采用较低的开关频率可以获得较好的 波形质量，故开关损耗小，更适用于大功率逆变 器。但实际上，直接输出三点式PWM波形的三点 式逆变器往往主电路结构比较复杂，使用器件较 多。所以，目前直接输出两点式PWM波形的两点 式逆变器应用较多。
• 改变等效正弦波（基波）的幅值：根据PWM波 形的面积等效原理，要改变等效输出正弦波的幅 值时，只要按照同一比例系数改变各脉冲的宽度 （占空比）即可。
• 输出电压为方波或阶梯波的电压型逆变电路， 谐波比重大。传统的120、180导电方式控制 的逆变器已远不能适应技术发展的要求。随着 现代电力电子技术及计算机控制技术的发展， 快速全控型功率器件性能越来越完善，器件的 开关频率越来越高，容量也越来越大，为研制 高性能变频器提供了良好的条件。PWM控制技 术是目前在电力电子领域研究和应用的热点， 得到了非常广泛的应用。逆变电路是PWM控制 技术最为重要的应用场合。
§8.4 PWM控制的基本原理
• 面积等效原理 ：将正弦半波分成N等份，就可以 把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组 成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅 值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线， 各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲 序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代 替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点 重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积 （冲量）相等，这就是PWM波形。各脉冲的幅值 相等，宽度按正弦规律变化。PWM波形和正弦半 波等效，即面积等效原理。对于正弦波的负半周， 也可以用同样的方法得到PWM波形。
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PWM型变频器的基本控制方式通用的PWM型变频器是一种交—直—交变频，通过整流器将工频交流电整流成直流电，经过中间环节再由逆变器将直流电逆变成频率可调的交流电，供给交流负载。
异步电动机调速时，供电电源不但频率可变，而且电压大小也必须能随频率变化，即保持压频比基本恒定。
PWM型变频器一般采用电压型逆变器。
根据供给逆变器的直流电压是可变的还是恒定的，变频器可分成两种基本控制方式。
(1)变幅PWM型变频器这是一种对变频器输出电压和频率分别进行调节的控制方式，其基本电路如图3-3所示。
中间环节是滤波电容器。
图2-3 变幅PWM型变频器晶闸管整流器用来调压，与一般晶闸管调压系统一样，采用相位控制，通过改变触发脉冲的延迟角α来获得与逆变器输出频率相对应的不同大小的直流电压。
逆变器只作输出频率控制，它一般是由6个开关器件组成，按脉冲调制方式进行控制。
图3-4所示是另一种直流电压可调的PWM变频电路。
它采用二极管不可控整流桥，把三相交流电变换为恒定的直流电。
分立斩波器电路，来改变输出直流电压的大小，通过逆变器输出三相交流电。
图2-4 利用斩波器的变频电路图以上两种调压式变频电路，都需要两极可控功率级，相比较，采用晶闸管整流桥可以获得更大功率的直流电，由于可控整流桥采用相位控制，输入功率因数将随输出直流电压的减小而降低；而斩波式调压，输入功率变流级采用的是二级管整流桥，所以输入端有很高的功率因数，代价是多了一个斩波器。
另外，就动态响应的快速性来说后者比前者好。
(2)恒幅PWM型变频器恒幅脉宽调制PWM式变频电路如图3.3所示，它由二极管整流桥，滤波电容和逆变器组成。
逆变器的输入为恒定不变的直流电压，通过调节逆变器的脉冲宽度和输出交流电压的频率，既实现调压又实现调频，变频变压都是由逆变器承担。
此系统是目前使用较普遍的一种变频系统，其主电路简单，只要配上简单的控制电路即可。
它具有下列主要优点：1）简化了主电路和控制电路的结构。
由二极管整流器对逆变器提供恒定的直流电压。
在PWM逆变器内，在变频的同时控制其输出电压。
系统只有一个控制功率级，从而使装置的体积小，重量轻，造价低，可靠性好。
2）由二极管整流器代替晶闸管整流器，提高了装置的功率因数。
3）改善系统的动态性能。
PWM型逆变器的输出功率和电压，都在逆变器内控制和调节。
因此，调节速度快，调节过程中频率和电压配合好，系统动态性能好。
4）对负载有较好的供电波形。
PWM型逆变器的输出电压和电流波形接近正弦波，从而解决了由于以矩形波供电引起的电动机发热和转矩降低问题，改善了电动机运行性能。
图2-5 PWM型逆变器但PWM型逆变器也有如下缺点：1）在调制频率和输出频率之比固定的情况下，特别是在低频时，高次谐波影响较大，因而电动机的转矩脉动和噪声都较大。
2）在调制频率和输出频率之比作有级变化的情况下，往往使控制电路比较复杂。
3）器件的工作频率与调制频率有关。
有些器件的开关损耗和换相电路损耗较大，而且需要采用导通和关断时间短的高速开关器件。
2.2.2 PWM型逆变器的基本工作原理如图3-6所示为单相逆变器的主电路，其波形如图3.5所示。
PWM 控制方式是通过改变电力晶体管1VT 、4VT 和2VT 、3VT 交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率；改变每半周期内41VT VT 、或32VT VT 、开关器件的通、断时间比，即通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压幅值的大小。
图2-6 单相逆变器（0为直流电源的理论中心点）（a ）180°通电型输出方波电压波形（b ）脉宽调制型逆变器输出波形图2-7 电路的波形如果使相应开关器件在半个周期内反复通、断多次，并使每个输出矩形脉冲电压下的面积接近于对应正弦波电压下面积，则逆变器输出电压就将很接近于基波电压，高次谐波电压将大为削减。
若采用快速开关器件，使逆变器输出脉冲数增多，即使输出低频时，输出波形也是比较好的。
所以PWM 型逆变器特别适用于异步电动机变频调速的供电电源，实现平滑起动、停车和高效率宽范围调速。
3 SPWM 控制的变频调速系统3.1 SPWM 控制的变频调速系统组成基于SPWM 控制的变频调速系统组成如图2-1所示。
控制电路——当今，PWM 变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是接受各种设定信息和指令，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的SPWM信号，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的SPWM信号。
微机芯片主要采用8位或16位的单片机，或用32位的DSP。
本课题选用了STC89C52RC高性能单片机。
STC单片机发出的SPWM信号控制各开关器件轮流导通和关断，可使输出端得到三相交流电压。
在某一瞬间，控制一个开关器件关断，同时使另一个器件导通，就实现了两个器件之间的换流。
以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。
图3-2 SPWM波形控制原理按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。
这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。
⏹如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。
⏹如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。
uU-U图3-3 一周期单极性SPWM波形3.2 SPWM波形的单片机实现波形数据的实时计算：由于PWM变压变频器的应用非常广泛，已制成多种专用集成电路芯片作为SPWM信号的发生器，后来更进一步把它做在微机芯片里面，生产出多种带PWM信号输出口的电机控制用的8位、16位微机芯片和DSP。
本文主要采用8位STC单片机实现单相SPWM信号。
方法：事先在计算机内存中存放正弦函数和T c /2值，控制时查出正弦值，与调速系统所需的调制度M作乘法运算，再根据给定的载波频率查出相应的T c /2值，由计算公式计算脉宽时间和间隙时间。
3.2.1 SPWM控制方案SPWM控制方案有两种：即单极性调制和双极性调制法。
单极性法所得的SPWM信号有正、负和0三种电平，而双极性得到的只有正、负两种电平。
比较二者生成的SPWM波可知：在相同载波比情况下，生成的双极性SPWM波所含谐波量较大；并且在正弦逆变电源控制中，双极性SPWM波控制较复杂。
因此一般采用单极性SPWM波控制的形式。
由单片机实现SPWM控制，根据其软件化方法的不同，有如下几种方法：自然采样法、对称规则法、不对称规则法和面积等效法等。
理论分析发现面积等效法相对于其它方法而言，谐波较小，对谐波的抑制能力较强。
而且实时控制简单，利于软件实现。
因此本文采用面积等效法实现SPWM控制。
（1）正弦波PWM调制原理调制信号为正弦波的脉宽调制叫做正弦波脉宽调制（SPWM ），产生的脉宽调制波是等幅而不等宽的脉冲列，脉宽调制的方法很多，从脉宽调制的极性上看，有单极性和双极性之分；从载波和调制波的频率之间的关系来看，又有同步调制、异步调制和分段同步调制。
图3-5所示为双极性脉宽调制波形，图中三角波r u 为载波，正弦波C u 为调制波，当载波与调制波曲线相交时，在交点的时刻产生控制信号，用来控制功率开关器件的通断，就可以得到一组等幅而脉冲宽度正比于对应区间正弦波曲线函数值的矩形脉冲d u 。
u U u -U 图3-5 双极性脉宽调制波形SPWM 逆变器输出基波电压的大小和频率均由调制电压来控制。
当改变调制电压的幅值时，脉宽随之改变，即可改变输出电压的大小；当改变调制电压的频率时，输出电压频率随之改变。
但正弦调制波最大幅值必须小于三角波的幅值，否则输出电压的大小和频率就将失去所要求的配合关系。
在实行SPWM 脉宽调制时，同步调制和异步调制优缺点如下：①同步调制 在同步调制方式中，载波比N 等于常数，变频时三角载波的频率与正弦调制波的频率同步改变，因而逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数是固定不变的。
如果取N 为3的倍数，则同步调制能保证输出波形的正、负半波始终保持对称，并能严格保证三相输出波形间具有互差120o 的对称关系。
当输出频率很低时，由于相邻两脉冲间的间距增大，谐波会显著增加，使电机产生较大的脉动转矩和较强的噪声。
②异步调制异步调制是逆变器的整个变频范围内，载波比N不等于常数。
一般在改变调制信号频率时保持三角载波频率不变，因而提高了低频时的载波比。
这样输出电压半波内的矩形脉冲可随输出频率的降低而增加，相应的可减少电机的转矩脉动与噪声，改善了系统的低频工作性能。
异步调制方式的缺点是当载波比N随着输出频率的降低而连续变化时，它不可能总是3的倍数，势必使输出电压波形及其相位都发生变化，难以保持三相输出的对称性，因而引起电机工作不平稳。
③混合调制混合调制综合了上面两种方法的优点，把整个变频范围划分为若干频段，在每个频段内都维持载波比N恒定，而对不同的频段取不同的N值，频率低时，N取大些，一般大致按等比级数安排。
（2）SPWM信号的产生产生SPWM调制信号主要有三种方法：○1采用分立元件的模拟电路法，缺点是精度低、稳定性差、实现过程复杂以及调节不方便等，该方法目前基本不用。
○2采用专用集成电路芯片产生SPWM信号，如常用的HE4752芯片等这些芯片的应用使变流器的控制系统得以简化，但由于这些芯片本身的功能存在不足之处，致使它们的应用受到限制。
○3单片机数字编程法，其中高档单片机将SPWM信号发生器集成在单片机内，使单片机和SPWM信号发生器容为一体，从而较好地解决了波形精度低、稳定性差、电路复杂、不易控制等问题，并且可以产生多种SPWM波形，实现各种控制算法和波形优化。
（3）SPWM的数字控制数字控制是SPWM目前常用的方法。
可以采用微机存储预先计算好的SPWM数据表格，控制时根据指令查表得到数据进行运算；或者通过软件实时生成SPWM波形；也可以采用大规模集成电路专用芯片产生SPWM信号。
下面介绍几种常用SPWM波形的软件生成方法：○1自然采样法按照正弦调制波与三角载波的交点进行脉冲宽度与间歇时间的采样，从而生成SPWM波形，叫做自然采样法，如图3.8所示，图中截取了任意一段正弦调制波与三角载波一个周期的相交情况。