PWM变频控制技术
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。
变频器PWM技术
变频器PWM技术在现代工业领域，变频器已成为不可或缺的设备，广泛应用于电机控制、能源管理等方面。
而在变频器中，PWM（Pulse Width Modulation）技术被广泛采用，为电机提供高效的控制和调节。
一、PWM技术的基本原理PWM技术是通过控制电源的开关时间来控制输出电平的技术。
其基本原理是将一个周期性的脉冲信号，通过调整脉冲的占空比来控制输出电压的大小。
通过PWM技术可以有效地控制电机的转速、电压和电流，实现精确的电机控制。
二、PWM技术的优势1. 精确控制：PWM技术可以通过调整脉冲的占空比来控制输出电压的大小，从而精确控制电机的转速和输出功率。
2. 高效能耗：PWM技术能够实现电能调节，通过快速切换电源的开关状态，在减小功耗的同时提高电源利用率。
3. 噪声低：PWM技术可以通过合理的调整频率和脉冲宽度来减小电机工作时的噪声，并提高整个系统的运行稳定性。
4. 可靠性强：通过PWM技术，可以将输入电源的频率和电压转换为适合电机工作的频率和电压，提高整个系统的可靠性和稳定性。
三、PWM技术的应用场景1. 变频驱动：PWM技术被广泛应用于电机变频驱动系统，如空调、洗衣机、风扇等家电产品。
通过PWM技术可以实现电机转速调节和能量管理，提高产品效率和性能。
2. 能源管理：PWM技术可以应用于太阳能发电、风能发电等能源管理系统中。
通过PWM技术可以实现对电能的有效调节和利用，提高能源利用率和系统的稳定性。
3. 电力电子：PWM技术在电力电子领域也有广泛的应用，如电力变换器、逆变器和交流传动等。
通过PWM技术可以实现对电能的高效转换和控制，提高电力系统的稳定性和运行效率。
四、PWM技术的未来发展随着科学技术的不断进步，PWM技术也在不断创新和发展。
未来，PWM技术有望在以下方面取得更多的突破：1. 高频调制：通过提高PWM技术的调制频率，可实现更高精度的电气调节和响应速度。
2. 多级逆变器：多级PWM逆变器可以实现对电能质量更精细的调控，并提高系统的可靠性和效率。
变频器的核心技术探究
变频器的核心技术探究现代工业中，变频器是一种被广泛应用的电力设备，它通过改变电源频率来控制电机的转速。
变频器的核心技术对于其性能和功能起着决定性的作用。
本文将深入探究变频器的核心技术，包括PWM技术、电力电子元器件和控制算法等方面。
一、PWM技术脉宽调制（PWM）技术是变频器的关键技术之一。
PWM技术基于调制信号的占空比来调节输出电流的大小和频率。
在变频器中，它用于将直流电源转换成交流电源，并通过改变PWM信号的占空比来控制输出电流的大小和频率。
PWM技术具有以下优点：高效能、调速范围广、输出电流平稳等。
二、电力电子元器件电力电子元器件是变频器的另一个核心技术。
主要包括IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和二极管等。
IGBT是目前应用最广泛的功率开关元器件，它具有高电流密度、低导通压降和快速开关速度等优点，适用于高频率开关。
MOSFET具有开关速度快、不易失真和适应高电压环境等优点。
而二极管则用于整流电流，防止逆流损耗。
三、控制算法控制算法是实现变频器功能的重要手段。
目前，常用的控制算法包括V/F控制、矢量控制和直接转矩控制等。
V/F控制是一种简单而常用的控制方式，它通过控制电源电压与频率的比值，来控制电机的转速。
矢量控制是一种较为精确的控制方式，它通过测量转子位置、速度和电流等参数，实现对电机转矩和转速的精确控制。
直接转矩控制则是一种更先进的控制方式，它通过测量和控制电机的磁场和电流，能够实现更高精度的转矩和转速控制。
综上所述，变频器的核心技术主要包括PWM技术、电力电子元器件和控制算法。
这些技术的应用和发展，使得变频器在工业自动化领域发挥着越来越重要的作用。
随着科技的不断进步，相信变频器的核心技术将会不断创新和完善，为工业生产带来更大的效益和提升。
变频调速选用课件第三章-PWM控制技术
通过改变PWM信号的占空比，可以调节交流电机输入电压的有 效值，从而实现电机的调速。
交流电机方向控制
通过改变PWM信号的相位，可以改变电机输入电压的相位，从 而控制电机的旋转方向。
交流电机启动与制动
通过PWM信号的频率和占空比的调节，可以实现电机的平滑启 动、制动和停止。
PWM控制在步进电机控PWM控制原理 • PWM控制器设计 • PWM控制技术在电机控制中的应用 • PWM控制技术的实验与实现
01
PWM控制技术概述
PWM控制技术的定义
PWM（脉宽调制）控制技术是 一种通过调节脉冲宽度来控制输 出电压或电流的数字信号处理技
术。
在PWM控制中，脉冲的宽度被 调制，以产生可变的占空比，进
测试PWM信号
通过示波器等工具，测试PWM信号 的波形是否符合预期。
实现电机控制
将PWM信号接入电机驱动器，通过 调整PWM占空比实现电机的调速控 制。
传感器数据采集
如果实验中涉及到传感器数据采集， 需要编写相应的数据采集程序。
PWM控制技术的实验结果分析
分析PWM波形
通过示波器等工具，分析PWM信号的波形是否稳定、占空比是否 准确。
而控制平均输出电压或电流。
PWM控制技术广泛应用于电机 控制、电源管理、音频处理、通
信等领域。
PWM控制技术的发展历程
1960年代
随着数字信号处理技术的发展 ，PWM控制技术开始出现。
1970年代
随着微电子技术的进步，PWM 控制芯片开始出现，广泛应用 于电机控制领域。
1980年代
随着计算机技术的普及，PWM 控制算法开始被广泛应用于电 源管理、音频处理等领域。
步进电机步进控制
第6章 PWM控制技术
6-22
10、换流（换相）方式的分类。 11、单相半桥电压型逆变电路的电路图，波形，及工作原理。 12、单相全桥电压型逆变电路的电路图，波形，及工作原理。（非移相调压 方式）。 13、单相桥式电流型逆变电路的电路图，及其对负载的要求。 14、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中 没有反馈二极管？ 15、PWM控制的基本原理。 16、同步调制，异步调制、分段同步调制的原理。
uo总可得到Ud和零两 种电平。
uo负半周，让V2保持 通，V1 ，V4保持断， 只控制V3。uo可得-Ud 和零两种电平。
图6－4 单相桥式PWM逆变电路
6-11
6.2.1 计算法和调制法
(2）调制原理
设调制信号ur为正弦波；载波信号uc为三角波。 利用ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
ur正半周，V1保持通，V2保持断。
和单极性PWM控制方式对应，也是 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
在ur的半个周期内，三角波载波不再是单 极性，而是有正有负，所得PWM波也有 正有负，其幅值只有±Ud两种电平。
u ur uc
ur正负半周，对各开关器件的控制规律相 同。
当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2 和V3关断信号。 如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和V3导通信号，给V1 和V4关断信号。 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和 VD3通，uo=-Ud 。
6-14
6.2.1 计算法和调制法
4）双极性PWM控制方式（三相桥逆变）
三相的PWM控制 公用三角波载波uc 三相的调制信号urU、 urV和urW依次相差 120°
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
pwm变频调速及软开关电力变换技术
pwm变频调速及软开关电力变换技术[pwm变频调速及软开关电力变换技术]1. 引言在现代工业和电力系统中，pwm变频调速及软开关电力变换技术已经成为一种常见的技术应用。
它们在提高能源利用率、降低能源消耗和减少对环境的影响等方面具有重要作用。
本文将深入探讨pwm变频调速及软开关电力变换技术的原理、应用及未来发展趋势。
2. pwm变频调速技术的原理和应用2.1 什么是pwm变频调速技术pwm（Pulse Width Modulation）变频调速技术是一种通过控制电机输入的脉冲宽度来实现对电机转速的调节的技术。
它通过改变电机输入的频率和电压，使电机能够以不同的速度运行，从而满足不同工况下的需求。
2.2 pwm变频调速技术的应用pwm变频调速技术广泛应用于工业生产中的电机驱动系统、风力发电系统、水泵系统、压缩机系统等领域。
通过pwm变频调速技术，能够实现电机的精确控制和高效运行，从而提高设备的稳定性和工作效率。
3. 软开关电力变换技术的原理和应用3.1 什么是软开关电力变换技术软开关电力变换技术是一种通过对电力开关管进行控制，减少开关过程中电流和电压的突变，以减小开关损耗的技术。
它通过改善开关过程中的电压和电流波形，降低开关损耗和提高电力变换效率。
3.2 软开关电力变换技术的应用软开关电力变换技术在直流变换器、逆变器、变频器以及电力系统中的高压开关设备中得到广泛应用。
通过软开关电力变换技术，能够减少电力设备的能量损耗，提高系统的可靠性和稳定性。
4. pwm变频调速及软开关电力变换技术的未来发展趋势4.1 高性能功率模块的发展未来，随着高性能功率模块的不断发展，将能够提高pwm变频调速及软开关电力变换技术的性能和效率，满足更多复杂工况下的电力需求。
4.2 电力电子器件的集成化和智能化随着电力电子器件的集成化和智能化，pwm变频调速及软开关电力变换技术将更加灵活和智能化，能够更好地适应不同工况下的需求。
5. 总结和回顾pwm变频调速及软开关电力变换技术作为当前电力系统中重要的技术应用，具有重要的意义。
第6章PWM技术
由电机学，三相对称正 弦供电时: 总向量恒幅恒速旋转 (电)角速度：w 2f s 代表空间正弦分布且圆 转磁场，u s、es、is 是引用量
26
• 三相交流的空间向量
n=0:15;x=2*pi*n/16;a=2*pi/3;
v=cos(x)+cos(x+a)*exp(j*a) +cos(x-a)*exp(-j*a); plot(v)
16
除计算法和调制法外，还有 空间向量法 跟踪控制方法
17
6.2.2 异步调制和同步调制
载波比N = fc / fo----模拟uo一个周波的脉冲数 1） 异步调制----fc不变， N随fo变 载波与调制波不同步 N常≠整数 对称性差。 当fo较低时，N大------低频性能好。
当fo增高时，N小------高频差
u
ω1
u2Tc
32
空间矢量磁链控制 SVPWM
其它区域也有相应控制规则
SVPWM用电压向量u控制Ψ 沿折线围线,并走走停停逼近圆 开关频率越高,线元usTc越短 Ψ圆越准
33
空间矢量磁链控制 SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
34
SVPWM波形特点
31
空间矢量磁链控制 SVPWM
--仿闭环控制算法 控制方程ΔΨs “=” usTc 按Ψ转向超前90度建u参考轴 u2 用u轴前后电压向量控制Ψ 例如图 矢量 作用 应用条件 u1 u1 正转增幅 Ψ滞后欠幅 u2 正转减幅 滞后超幅 u7,8 停转等待 超前 Ψ 例:Ψ滞后欠幅,用u1 u1Tc Ψ滞后超幅,用u2 Ψ超前,用u7,8 注”相邻原则”:u1u8; u2u7;可减少开关动作
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。
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PWM 变频控制技术
变频调速原理
变频器工作原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。
在诸多交流异步电动机调速技术中，如调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速、变频调速等，其中由于变频调速具有的优点：
（1）调速时平滑性好，效率高；
（2）调速范围较大，精度高；
（3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；
（4）易于实现过程自动化；
因此，变频调速技术是当前应用最广泛的一种调速技术。
在中小功率的变频调速系统中使用最多的变压变频调速，简称U/F 控制，相应的变频调速控制器为电压源型变频调速器（VSI ）。
由电机学知识可知异步电动机的转速与电源频率有以下关系： )1(60s p
f n -=
（2-1） 式中：n —电机的转速（r/min ）；
p —磁极对数；
s —转差率（％）；
f —电源频率（Hz ）。
从式（2-1）可以看出，改变电源频率就可以改变电机转速。
另外，根据的电势公式知道，外加电压近似地与频率和磁通的乘积成正比。
即
φf C E U 1≈∝ （2-2） 式中C 1为常数。
因此有：
f U f E =∝φ （2-3）
若外加电压不变，则磁通随频率而改变，如频率下降，磁通会增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。
为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。
此外，在很多场合为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，也需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现。
通过改变异步电动机的供电频率，从而可以任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。
SPWM 模式下交直交变频器工作原理
SPWM 波形就是在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。
当正弦值为最大值时，脉冲的宽度一也最大，而脉冲间的间隔则最小。
反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图所示。
这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的谐波成分大为减小，
故称为正弦波脉宽调制.如图所示，等效的原则是每一区间的面积相等，把一个正弦波分作几等份,然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合（如图），这样由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效，称作SPWM 波形。
同样，正弦波的负半周也用同样的方法与一系列负脉冲波等效。
o
u u
SPWM 波形。