变频调速的基本原理及PWM控制技术
变频调速的基本控制方式ppt课件
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机械特性曲线
n
可见，当频率ω1提高 时，同步转速n1随之提 n1c 高，最大转矩减小，机 n1b
械特性上移；转速降落 n1a
1c 1b 1a
随频率的提高而增大， n1N 1N
1N <1a <1b <1c 恒功率调速
特性斜率稍变大，其它
形状基本相似。如右图
所示。
2024/7/16
O Te
图6-5 基频以上恒压变频调速的机械特性29
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结论
➢在恒压频比的条件下改变频率 1 时，机械特性基本上是
平行下移 ➢当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来 了。而且频率越低时最大转矩值越小
➢最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而减小的。频率很
低时，Temax太小将限制电机的带载能力，采用定子压 降补偿，适当地提高电压Us，可以增强带载能力
（U漏—漏磁阻抗压降；Us—每相电压），
当Us很大时，U漏很小；可以认为Us≈Eg 。
m
US f1
C
要改变f1实现调速，则同时应改变Us来保持Φm不变。
—恒压频比控制方式
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带定子压降补偿的恒压频比控制特性
但当f1太小时，忽略U漏则误差较大，这时可以人为增 大Us进行补偿，以减小误差。
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小结
电压Us与频率1是变频器—异步电动机调速系统的两个独立
的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调 控制。 在基频以下，有两种协调控制方式。采用不同的协调控制方 式，得到的系统稳态性能不同。 在基频以上，采用保持电压不变的恒功率弱磁调速方法。
2024/7/16
变频器的工作原理与控制方式
变频器的工作原理与控制方式变频器（Variable Frequency Drive，缩写为VFD），又称为交流调速器（AC Drive），是一种用于调节交流电机转速的电子装置。
它通过改变输入电压的频率和幅值来控制电机的转速。
变频器工作原理主要涉及开关技术、PWM调制技术、电机驱动理论等方面内容，下面将详细介绍。
一、变频器的工作原理1.开关技术变频器利用开关电子器件（如晶体管、IGBT等）来实现对输入电源的开关控制。
通过不断开关电路，形成等效于几十千赫兹至几千千赫兹的高频方波，从而形成理想的正弦波输出。
2.PWM调制技术PWM（Pulse Width Modulation）调制技术是指通过改变开关装置的导通时间和关断时间，以一定占空比形式控制开关管工作的方式。
在变频器中，PWM技术可以实现加减压、变频和控制电机的转速。
3.电机驱动理论变频器通过改变输入电压的频率和幅值来调节电机的转速。
在工作过程中，通过改变开关器件导通时间和关断时间，将输入电压的频率调节到所需的频率范围，实现对电机转速的精准控制。
二、变频器的控制方式1.V/f控制方式V/f控制方式（Voltage/frequency ratio control）是一种常用的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速，并根据转速信号和预设的转速曲线进行比较，计算所需输出频率，并根据预设的V/f比值进行控制，实现对电机速度的调节。
2.向量控制方式向量控制方式（Vector Control）又称矢量控制方式，是一种高性能的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速、转矩和位置等信息，并根据这些信息进行精确计算和控制，实现对电机速度、转矩和位置等的准确控制。
3.矢量控制方式矢量控制方式（Direct Torque Control，缩写为DTC）是一种高性能的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速、转矩等信息，并根据转速、转矩的变化率进行预测和计算，在每个采样周期内调节电机的转速和转矩，实现对电机的精确控制。
变频器的工作原理和控制方式
变频器的工作原理和控制方式近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。
如何选择性能好的变频其应用到工业控制中，是我们专业技术人员共同追求的目标。
下面结合作者的实际经验谈谈变频器的工作原理和控制方式：1 变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：n＝60 f(1－s)/p (1)式中n———异步电动机的转速；f———异步电动机的频率；s———电动机转差率；p———电动机极对数。
由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。
变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
2变频器控制方式低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。
其控制方式经历了以下四代。
2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。
但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。
另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，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。
因此人们又研究出矢量控制变频调速。
2.2电压空间矢量（SVPWM）控制方式它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进行控制的。
经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，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、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。
变频器的调速原理)
变频器调速基本原理变频器调速基本原理 1、变频器概述。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
它的主电路都采用交—直—交电路。
JP6C-T9/J9 系列低压通用变频器工作电压为：380～690V，功率为0.75～800kW，工作频率为0～400Hz；JP6C-YZ 系列中压通用变频器工作电压为：1140～2300V，功率为37～1000kW，工作频率为0～400Hz；JCS 系列高压变频器工作电压为：3KV / 6KV / 10KV，功率为280～20000kW，工作频率为0～60Hz；2、变频原理。
从理论上我们可知，电机的转速N 与供电频率f 有以下关系：)1(*60sPfN其中： p ——电机极数 S——转差率由式(1)可知，转速n 与频率f 成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率f 即可改变电动机的转速，当频率f 在0～50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。
变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
3、节能调速原理一般使用的风机、水泵类它们额定风量、水量都超过实际需要，又因工艺的需要，往往运行中要改变风量、水量，而目前多数采用档板或阀门来调节的，虽然方法简单，但实质是人为增加阻力的办法。
因此浪费大量电能，属不经济的调节方式。
从流体力学原理可知，风机的风量、水泵的流量与电机转速及电机功率的关系如下：当风机转速下降时，电动机的功率迅速降低，例风量下降到80％，转速亦下降到80％时，则轴功率下降到额定的51％，若风量下降到50％，轴功率将下降到额定的13％，其节电潜力非常大，并有下述曲线、阴影部分表示采用变频器调速方式的节电效果，其节电可达30-40％效果十分明显。
对不同使用频率时的节电率N%可查表。
上述原理也基本适用水泵，可见采用变频调速控制实现节电是有效的、惟一的途径。
变频调速特点是效率高，无附加转差损耗，调速范围大、精度高、无级的。
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
变频调速控制柜的原理
变频调速控制柜的基本原理1. 变频调速控制柜的概述变频调速控制柜是一种用于电机调速的设备，通过改变电机输入的电压和频率来实现对电机转速的调节。
它由变频器、控制器、电源、保护装置等组成，广泛应用于工业生产中。
2. 变频器的工作原理变频器是变频调速控制柜中的核心部件，它将输入的交流电源转换为可调节的直流电源，并通过逆变器将直流电源转换为可调节的交流电源供给电机。
其主要工作原理如下：•整流：将输入的交流电源通过整流桥变换为直流电压。
•滤波：对整流后的直流电压进行滤波处理，去除其中的脉动。
•逆变：将滤波后的直流电压通过逆变桥转换为可调节的交流输出。
•PWM调制：通过对逆变桥输出进行脉宽调制（PWM），实现对输出交流电压幅值和频率的精确控制。
3. 控制器及其工作原理控制器是变频调速控制柜中的另一个重要组成部分，它对变频器进行控制和调节，实现对电机转速的精确控制。
其主要工作原理如下：•信号采集：通过传感器采集与电机运行状态相关的参数，如转速、温度、压力等。
•信号处理：对采集到的信号进行放大、滤波、线性化等处理，得到可用于控制的信号。
•控制算法：根据设定的转速要求和实际运行状态，通过控制算法计算出合适的输出信号。
•输出控制：将计算得到的输出信号发送给变频器，调节变频器输出的电压和频率，实现对电机转速的控制。
4. 电源及其工作原理电源是为变频调速控制柜提供工作所需的电能来源，其主要工作原理如下：•稳压稳流：通过稳压稳流装置对输入电源进行稳定处理，保证供给整个系统的电能稳定可靠。
•滤波：对输入电源进行滤波处理，去除其中的高频噪声和干扰。
•分配供电：将经过稳压稳流和滤波处理后的电能分配给变频器、控制器、保护装置等各个部件，满足其正常工作的电能需求。
5. 保护装置及其工作原理保护装置是为了确保变频调速控制柜及相关设备的安全运行而设置的，其主要工作原理如下：•过电流保护：通过电流传感器对电路中的电流进行监测，当电流超过设定值时，触发保护装置切断电源，防止设备损坏。
6.3变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术.
6.3 变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术本节提要正弦波脉宽调制(SPWM)技术电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术控制技术（或称磁链跟踪控制技术）电压空间矢量PWM(SVPWM)PWM技术就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效控制和消除谐波的一门技术。
我们把PWM技术分为三类1、正弦PWM技术（电压、电流、磁通为正弦目的各种PWM方案）2、优化PWM技术3、随机PWM技术一、正弦波脉宽调制(SPWM)技术1. PWM调制原理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。
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。
2. SPWM控制方式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。
规则采样法原理三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc自然采样法中，脉冲中点不和三角波一周期的中点（即负峰点）重合规则采样法使两者重合，每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称，使计算大为简化在三角波的负峰时刻tD对正弦信号波采样得D点，过 D作水平直线和三角波分别交于A、B 点，在A点时刻 tA和B点时刻 tB控制开关器件的通断脉冲宽度 d 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近根据上述采样原理和计算公式，可以用计算机实时控制产生SPWM波形。
电力电子变频器及PWM控制原理
（2）换流时不能插入死区，以防止感性负载与线路分 布电感由于开路而感应瞬时高电压，威胁功率器件安全， 因此三组开关也不能同时断开。也就是说，既不允许两组 开关同时导通，也不允许有切换死区，所以必须有严格的 逻辑控制。
2.1.2 矩阵式交-交变频器
u1 ~
VT1p is1 VT1n iL R
2.1.2 矩阵式交-交变频器
1. 电路结构
K1
三相输入
L
a
C
TA1
b
c
TA2
A
K2 控制电源
n 输入电压 检测变压器
B
~ ua ~ ub ~ uc a SAa SAb b SAc c A uCA uAB B uBC C
TA3
C
图2-4 矩阵式交-交变频器的主电路
SBa
2. PWM控制方式
它是把变压（VV）与变频（VF）集中于逆变器完成，即前面为 不可控整流器，中间直流电压恒定，而后由逆变器同时完成变压与
变频，逆变器采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的方式，
简称PWM控制方式。
2.2 交-直-交变频器
交-直-交变频器根据不同的标准进行分类，如下所示：
wt
uo
O
wt
io
O 1 2 图4-20 3 4 5 6
wt
u I = U dm cos I
设期望的A相输出电压为
u A = U Am sinwt
则该电压应由整流组I与整流组IV切换提供， I组供电电压为
u I = U dm cos I
称作周波变换器(Cycloconveter）。
CVCF VVVF
电力电子技术中的PWM调制技术详解
电力电子技术中的PWM调制技术详解在现代工业领域中，电力电子技术扮演着至关重要的角色。
PWM （脉宽调制）技术作为电力电子技术的核心之一，已经广泛应用于各种电源和驱动系统中。
本文将深入探讨PWM调制技术的原理、应用和优势。
1. PWM调制技术的原理PWM调制技术是通过改变脉冲宽度的方式来控制电路输出的一种方法。
其基本原理是将模拟信号转换为脉冲信号，通过调整脉冲的宽度来控制输出电压或电流的大小。
PWM信号的脉冲宽度与所需输出信号的幅值成正比。
在PWM调制技术中，常用的脉冲产生方法包括比较器法、计数器法和改进型PWM等。
其中，比较器法是最常用的一种方法。
该方法通过一个比较器将输入信号与一定频率、恒定幅度的三角波进行比较，从而产生脉冲宽度调制的信号。
2. PWM调制技术的应用PWM调制技术已经广泛应用于各种电力电子设备和系统中。
以下是几个常见的应用领域：2.1 变频调速系统PWM调制技术在变频调速系统中起到了关键作用。
通过调整PWM 信号的脉冲宽度，可以实现对电机转矩和转速的精确控制。
这种技术的应用使得电机的运行更加稳定、高效，并且节省能源。
2.2 电力逆变器电力逆变器是将直流电能转换为交流电能的设备，广泛应用于太阳能发电、风能发电等领域。
PWM调制技术能够有效地控制逆变器的输出波形质量，提高逆变器的效率和稳定性。
2.3 电源管理系统在电源管理系统中，PWM调制技术能够实现电源的高效转换和稳定输出。
通过精确控制PWM信号的脉冲宽度，可以实现电源的输出电压的调节和稳定，以满足不同电器设备的需求。
3. PWM调制技术的优势PWM调制技术相比传统的模拟控制方法具有以下优势：3.1 高精度控制PWM调制技术能够精确调节输出信号的幅度，通过调整脉冲宽度来实现高精度控制。
这种精准性在很多需要精确控制的领域非常重要，比如电机调速系统和逆变器控制系统。
3.2 高效能转换由于PWM调制技术只有两种状态（高电平和低电平），因此能量损耗相对较小，能够实现高效率的能量转换。
交流电机变频调速原理
交流电机变频调速原理
交流电机变频调速原理是通过改变电源电压的频率和电压幅值，来调节电机的转速。
其主要原理如下：
1. 交流电源经过整流、滤波等电路，得到直流电源。
2. 使用逆变器将直流电源转换为交流电源，并通过改变逆变器输出的频率和幅值来调节电机的转速。
3. 逆变器通过PWM技术（脉冲宽度调制）控制交流电源的频率。
通过调节PWM信号的占空比，可以改变输出交流电源的
频率。
一般情况下，逆变器输出的频率范围为0Hz-50Hz或
0Hz-60Hz。
4. 逆变器还可以通过调节输出交流电压的幅值来调节电机的转速。
通过调节输出电压的幅值，可以加速或减速电机。
5. 控制系统通过反馈信号（如转速、负载等）来监测电机的工作状态，根据需要调节逆变器的输出频率和幅值来实现电机的速度调整。
总之，交流电机变频调速原理是通过改变电源电压的频率和幅值，来改变电机的转速，从而满足不同的工作需求。
变频调速器的基本运行原理
变频调速器的基本运行原理
1.三相交流电输入：变频调速器通过外部电源将三相交流电输入，一
般为380V的工频电源。
2.整流：交流电经过整流电路，将交流电转换成直流电。
整流电路常
采用整流桥等元件构成。
3.滤波：直流电通过滤波电路，去除电源中的脉动，保证变频调速器
输出的电流为稳定的直流电。
4.逆变：去除直流电中的脉动，逆变成高频脉冲交流电。
逆变电路常
采用IGBT（绝缘栅双极晶体管）等元件构成。
5.微处理器控制：逆变后的脉冲交流电通过微处理器进行控制和调节，微处理器根据外部输入信号（例如转速设定值、控制指令等）对频率和幅
值进行调节。
6.PWM调制：微处理器通过脉宽调制（PWM）的方式调节逆变电路中
的开关管工作时间，从而改变输出电压的幅值。
PWM调制可以以高频率进行，使得输出电压幅值调节更加平稳，同时还能改善电机的效率。
7.输出变压器：调制后的脉冲交流电通过变压器进行升压或降压，从
而得到满足电动机要求的输出电压。
8.电动机控制：输出电压经过输出端口连接到电动机。
电动机在输入
信号的控制下，根据电压的频率和幅值变化来调节自身的转速。
总的来说，变频调速器通过整流、滤波、逆变、微处理器控制、PWM
调制等步骤，将输入交流电转换为满足电动机要求的高频脉冲交流电，并
通过输出变压器连接到电动机，实现对电动机转速的精确调节。
变频调速
器具有调速精度高、输出平稳、效率高等特点，广泛应用于工业生产、交通运输、建筑设施等领域。
开环PWM变频调速系统设计
开环PWM变频调速系统设计一、设计原理：开环PWM变频调速系统设计的基本原理是通过改变PWM信号的占空比来调节电机的转速，其中占空比指的是一个时期内高电平的时间和总时期的比值。
占空比越大，电机的转速越快；占空比越小，电机的转速越慢。
因此，通过控制占空比的大小，可以实现对电机转速的调节。
二、系统硬件电路设计：1.电源电路设计：设计一个合适的电源电路，保证系统正常运行所需要的电压和电流供应。
2.信号输入电路设计：设计一个用于输入转速指令的信号输入电路，可以通过按键、旋钮等方式输入转速指令。
3.信号处理电路设计：设计一个用于处理输入信号的电路，将转速指令转化为控制信号。
4.PWM信号输出电路设计：设计一个用于输出PWM信号的电路，根据控制信号的大小产生相应的PWM信号，并将其输出到电机驱动器中。
5.电机驱动电路设计：设计一个用于控制电机转速的驱动电路，接收PWM信号，并通过电流控制、电压控制等方式控制电机的转速。
三、系统软件编程实现：1.信号处理程序：编写一个用于处理输入信号的程序，将输入信号转化为控制信号。
2.PWM信号输出程序：编写一个用于输出PWM信号的程序，根据控制信号的大小产生相应的PWM信号，并将其输出。
3.电机驱动程序：编写一个用于控制电机转速的程序，接收PWM信号，并通过合适的控制算法控制电机的转速。
4.主程序：编写一个主程序，将信号处理程序、PWM信号输出程序和电机驱动程序集成在一起，实现整个系统的功能。
四、系统调试与优化：在完成硬件电路设计和软件编程后，需要进行系统调试和优化。
通过观察电机的运行情况，并根据实际需求进行调整和优化，以实现系统的稳定运行和良好的性能。
五、总结：开环PWM变频调速系统设计是一种常用的电机调速控制方法，通过控制PWM信号的占空比来实现电机转速的调节。
本文介绍了开环PWM变频调速系统的设计原理、硬件电路设计和软件编程实现等内容，并提供了系统调试和优化的建议。
pwm电机调速原理
pwm电机调速原理PWM电机调速原理。
PWM（Pulse Width Modulation）是一种常用的调制技术，它通过改变脉冲的宽度来控制电机的转速。
在PWM电机调速原理中，我们将介绍PWM技术的基本原理、工作原理和应用场景。
首先，让我们来了解一下PWM技术的基本原理。
PWM技术是通过改变脉冲信号的占空比来控制电机的转速。
脉冲信号是由高电平和低电平组成的，高电平的持续时间就是脉冲的宽度，而一个完整的脉冲周期包括了一个高电平和一个低电平。
通过改变高电平的持续时间，我们可以控制电机的平均电压，从而实现对电机转速的调节。
其次，我们来了解PWM技术的工作原理。
当PWM信号的占空比增大时，电机接收到的平均电压也会增大，从而使得电机的转速增加；反之，当PWM信号的占空比减小时，电机接收到的平均电压减小，电机的转速也会减小。
因此，通过改变PWM信号的占空比，我们可以实现对电机转速的精确控制。
接下来，我们将介绍PWM技术在电机调速中的应用场景。
PWM技术广泛应用于直流电机和交流电机的调速控制中。
在直流电机中，PWM技术可以通过改变直流电源的开关频率和占空比来控制电机的转速；在交流电机中，PWM技术可以通过变频器来控制电机的转速，实现对电机的精确调速。
除了在电机调速中的应用，PWM技术还被广泛应用于电源控制、LED调光、温度控制等领域。
由于PWM技术具有调节范围广、控制精度高、效率高等优点，因此在工业控制和电子设备中得到了广泛的应用。
综上所述，PWM电机调速原理是通过改变脉冲信号的占空比来控制电机的转速。
PWM技术具有调节范围广、控制精度高、效率高等优点，因此在电机调速、电源控制、LED调光、温度控制等领域得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，读者能对PWM电机调速原理有一个更加深入的了解。
pwm电机调速原理
pwm电机调速原理
PWM（脉宽调制）电机调速原理是一种常见的电机控制方法，它通过改变电机输入的PWM信号的脉冲宽度来调节电机的转速。
在PWM电机调速系统中，先将输入的控制信号转换为PWM
信号。
PWM信号是一种由高电平和低电平组成的方波信号，
高电平的持续时间称为脉冲宽度。
当脉冲宽度较窄时，电机接收到的平均电压较低，电机转速较慢；当脉冲宽度较宽时，电机接收到的平均电压较高，电机转速较快。
通过改变PWM信号的脉冲宽度，可以实现对电机的精确控制。
常见的调速方法有两种：
1. 定频调制：保持PWM信号的频率不变，在每个周期内改变
脉冲的宽度。
脉冲宽度的改变可以通过调整脉冲的高电平持续时间来实现，也可以通过调整脉冲的占空比来实现。
脉冲宽度越大，电机转速越快。
2. 变频调制：改变PWM信号的频率，在一个固定脉冲宽度下，改变脉冲的周期。
频率的改变可以通过改变脉冲的高电平和低电平持续时间来实现。
频率越高，电机转速越快。
通过定频调制和变频调制的组合，可以实现更加精确的电机调速，同时根据不同的应用场景和需求进行调整。
基于单片机的PWM变频调速设计。
基于单片机的PWM变频调速设计引言随着工业现代化进程的不断推进，电机在控制领域中的地位越来越重要。
尤其是在工业生产中，电机广泛应用于各种机械设备中，成为机器人、自动化、计算机数控和其他诸多领域的核心部件。
在电机控制技术中，PWM变频调速技术是一项重要的技术之一。
本文将介绍基于单片机的PWM变频调速设计方案。
PWM变频调速技术概述PWM变频调速技术是一种常用的电机控制技术，它通过控制电机的电压和频率来实现电机调速。
PWM是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的缩写。
PWM调速的基本原理是：控制电机输入电压的高低电平占空比，通过增加高电平时间和减少低电平时间，将交流电转换为类似直流电的脉冲信号，通过改变高电平时间和低电平时间的比例，进而调节电机的转速。
PWM变频调速技术的主要优点是：调速性好、运转平稳、效率高、噪音小、寿命长等。
因此，它广泛应用于各种类型的电机控制中。
基于单片机的PWM变频调速设计基于单片机的PWM变频调速设计方案主要包括三个部分：电路设计、控制程序设计和调试测试。
下面分别介绍这三个部分的具体内容。
电路设计基于单片机的PWM变频调速电路设计包括三个主要部分：电源部分、控制部分和驱动部分。
电源部分：主要是提供电压稳定的电源。
电源电压需要根据电机的额定电压来设计，同时需要具备一定的稳定性。
控制部分：主要包括单片机和控制电路，其中单片机可以根据需要选择8051或者AVR等常用的型号，控制电路主要是为了控制电机的频率、占空比等参数。
驱动部分：主要是将控制信号转变为电机驱动信号。
在选择电机驱动芯片时需要考虑驱动能力与芯片成本的平衡，可以选择L298N或MOS。
控制程序设计基于单片机的PWM变频调速控制程序设计主要包括以下工作：1.根据PWM变频调速技术的原理，编写程序实现占空比和频率的控制。
2.编写中断服务程序，完成电机转速反馈信号、过流保护等功能。
3.根据需求编写界面程序，实现电机开关控制、速度选择、过电流保护等功能。
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。
交流变频调速基本原理
交流变频调速基本原理一．异步电动机概述1．异步电动机旋转原理异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。
⑴磁场以n0转速顺时针旋转，转子绕组切割磁力线，产生转子电流⑵通电的转子绕组相对磁场运动，产生电磁力⑶电磁力使转子绕组以转速n旋转，方向与磁场旋转方向相同2．旋转磁场的产生旋转磁场实际上是三个交变磁场合成的结果。
这三个交变磁场应满足：⑴在空间位置上互差2π/3 rad电度角。
这一点，由定子三相绕组的布置来保证⑵在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）。
这一点，由通入的三相交变电流来保证3．电动机转速产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。
因此，转子的转速n必须低于定子磁场的转速n0，两者之差称为转差：Δn＝n0－n转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率：s＝Δn / n0同步转速n0由下式决定：n0＝60 f / p式中，f为输入电流的频率，p为旋转磁场的极对数。
由此可得转子的转速n＝60 f（1－s）/ p二．异步电动机调速由转速n＝60 f（1－s）/ p可知异步电动机调速有以下几方法：1．改变磁极对数p （变极调速）定子磁场的极对数取决于定子绕组的结构。
所以，要改变p，必须将定子绕组制为可以换接成两种磁极对数的特殊形式。
通常一套绕组只能换接成两种磁极对数。
变极调速的主要优点是设备简单、操作方便、机械特性较硬、效率高、既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；其缺点是有极调速，且极数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合。
2．改变转差率s （变转差率调速）以改变转差率为目的调速方法有：定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速、串极调速等。
⑴定子调压调速当负载转矩一定时，随着电机定子电压的降低，主磁通减少，转子感应电动势减少，转子电流减少，转子受到的电磁力减少，转差率s增大，转速减小，从而达到速度调节的目；同理，定子电压升高，转速增加。
变频调速svpwm技术的原理_算法与应用
变频调速-SVPWM技术的原理、算法与应用引言变频调速（Variable Frequency Drive, VFD）是一种将电机转速与输出频率相匹配的控制技术，广泛应用于工业生产中。
在变频调速技术中，Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) 是一种常用的调制算法，它能够通过调节电压和频率来实现电机的精确控制。
本文将介绍SVPWM技术的原理、算法及应用。
原理SVPWM技术基于矢量控制原理，通过调整电压的大小和相位来控制电机转速。
其基本原理如下：1.矢量空间分解：将三相电压转换为一个大小和方向均可调节的矢量。
这个矢量可以由相量分解法等转换得到。
2.矢量生成：根据所需的电机状态，通过矢量合成算法生成一个控制电压矢量。
生成的矢量包含了相应的大小和相位信息。
3.矢量调制：将生成的矢量转换为三相电压信号，用于驱动电机。
矢量调制通常采用PWM技术，将矢量电压信号转换为脉冲宽度调制（PulseWidth Modulation, PWM）信号。
4.PWM波形生成：通过对调制后的电压信号进行PWM调制，获得电机驱动所需的波形信号。
常见的PWM调制方法有SVPWM、SPWM等。
算法SVPWM算法是一种将参考矢量与实际电机状态进行比较的控制算法。
它通过将矢量和电机状态比较，并调整控制电压以使其接近所需的矢量，从而控制电机速度。
SVPWM算法的具体步骤如下：1.矢量分解：将输入的三相电压信号转换为矢量表示。
常用的方法有相量分解法、Park变换等。
2.矢量合成：根据所需的电机状态，将矢量合成为一个控制电压矢量。
合成的矢量包含了相应的大小和相位信息。
3.矢量选择：选择最接近合成矢量的有效矢量。
这个有效矢量将作为PWM调制的参考。
4.PWM调制：根据选择的有效矢量进行PWM调制，生成对应的PWM信号用于驱动电机。
SVPWM算法能够实现电机速度的精确控制，并具有响应速度快、效率高等优点，因此被广泛应用于各种工业应用中。
第7章PWM控制技术本
7.3 PWM跟踪控制技术
7.3.1 滞环比较方式 7.3.2 三角形比较方式
29
7.3.1 滞环比较方式
1) 采用滞环比较方式的PWM电路跟踪控制。
基本原理
把指令电流i*和实际输出电流i的偏
差i*-i作为滞环比较器的输入。
V1（或VD1）通时，i增大 V2（或VD2）通时，i减小 通过环宽为2DI的滞环比较器的控
Ud
O
wt
-Ud
图7-6 双极性PWM控制方式波形
20
7.2.1 计算法和调制法
u
uc ur
u
ur uc
O
wt O
wt
uo
uo
Ud
uof
uo
u of
uo
Ud
O
wt O
wt
-Ud
-Ud
图7-5 单极性PWM控制方式波形 图7-6 双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单 极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断 控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。
u
uc ur
当 ur<uc 时 使 V4 断 ， V3 通 ， uo=0 。
O
wt
这 样 就 在 负 载 端 得 到 了 SPWM
波形u0。
uo
uo
ur负半周，分析方法 与正半周同。
Ud
表示uo的 基波分量
uof
O
wt
上述PWM波只在单个极性范围 -Ud
内变化称单极性PWM控制方式。
图7-5 单极性PWM控制方式波形
u断Uod，负和V半零3周和两，V种4让交电V替平2保通。持断通，，uoV可1得保持-
变频调速的基本原理
变频器多段速度控制1．变频调速的原理异步电机的转速n可以表示为式中，n2为同步转速，Δn1为转差损失的转速，p为磁极对数，s为转差率，f为电源的频率。
可见，改变电源频率就可以改变同步转速和电机转速。
频率的下降会导致磁通的增加，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，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速（VVVF），简称变频调速。
实现变频调速的装置称为变频器。
变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。
首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。
在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f协调控制的要求。
PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。
2．电机调速的分类按变换的环节分类（1）交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。
（2）可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器按直流电源性质分类（1）电压型变频器电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。
（2）电流型变频器电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。
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则相应变流器输出电压的平均值就可以 按正弦规律从零变到最大、再减小至零， 形成平均意义上的正弦波电压波形输出。 输出电压的瞬时值波形不是平滑的正弦 波，而是由片段电源电压波形拼接而成。 图3.4 三相-单相正弦型交-交变频电路 在一个输出周期中所包含的电源电压片 段数越多，波形就越接近正弦，通常要 采用6脉波的三相桥式电路或十二脉波变 流电路来构成交-交变频器。
第3章 变频调速原理
3.3 变频器的PWM逆变电路 在工业应用中许多负载对逆变器的输出特性有严格要求，除 频率可变、电压大小可调外，还要求输出电压基波尽可能大、 谐波含量尽可能小。对于采用无自关断能力晶闸管元件的方 波输出逆变器，多采用多重化、多电平化措施使输出波形多 台阶化来接近正弦。这种措施电路结构较复杂，代价较高， 效果却不尽人意。改善逆变器输出特性另一种办法是使用自 关断器件作高频通、断的开关控制，将台阶电压输出变为等 幅不等宽的脉冲电压输出，并通过调制控制使输出电压消除 低次谐波，只剩幅值很小、易于抑制的高次谐波，从而极大 地改善了逆变器的输出特性。这种逆变电路就是PWM型逆变 电路，它是目前直流-交流（DC-AC)变换中最重要的变换技 术。
第3章 变频调速原理
图3.7单相逆变电路及脉冲调制 （a）单相逆变电路 （b）单脉冲PWM
第3章 变频调速原理
第3章 变频调速原理
第3章 变频调速原理
第3章 变频调速原理
2．三相输入-三相输出的交-交变频电路 三相输出交-交变频电路由3个输出电压相位互差120的单相 输出交-交变频电路按照一定方式连接而成，主要用于低速、 大功率交流电动机变频调速传动。 三相输出交-交变频电路有两种主要接线方式。
第3章 变频调速原理
1）输出Y接方式：3组单相输出交-交变频电路接成Y，中点 为O；三相交流电动机绕组亦为接成Y，中点为O。由于3组输 出连接在一起，电源进线必须采用变压器隔离。这种接法可 用于较大容量交流调速系统。
第3章 变频调速原理
3．变频调速
通过改变异步电动机定子的供电频率f1，以改变电动机的同
步转速达到调速的目的，其调速性能优越，调速范围宽，能 实现无级调速。
3.1.2 变频调速的工作原理 由《电机学》中的相关知识可知，异步电动机定子绕组的感
应电动势E1的有效值为： E1 4.44kr1 f1N1m （3-2）
n
(1
s)
60
f1
p
交流异步电动机的调速方式有三种。 1．变极调速。通过改变电动机定子绕组的接线方式以改变 电机极数实现调速，这种调速方法是有级调速，不能平滑调 速，而且只适用于鼠笼式异步电动机。 2．改变电机转差率调速。其中有通过改变电机转子回路的 电阻进行调速，此种调速方式效率不高，且不经济，只适用 于绕线式异步电动机。其次是采用电磁转差离合器进行调速， 调速范围宽且能平滑调速，但这种调速装置结构复杂，低速 运行时损耗较大、效率低。较好的转差率调速方式是串级调 速，这种调速方法是通过在转子回路串入附加电动势实现调 速的。这种调速方式效率高、机械特性好，但设备投资费用 大、操作不方便。
它是一种可直接将某固定频率交流变换成可调频率交流的 电路系统。与交-直-交间接变频相比，提高了系统变换效
率。又由于整个变频电路直接与电网相连接，故可采用电
网电压自然换流，无需强迫换流装置，简化了主电路结构，
提高了换流能力。交-交变频电路广泛应用于大功率低转速
的交流电动机调速传动，交流励磁变速恒频发电机的励磁
第3章 变频调速原理
第3章 变频调速原理
内容提要与学习要求
掌握变频调速的基本原理及PWM控制技术； 掌握通用变频器的基本结构、额定值和频率指标； 了解通用变频器控制电路； 了解变频器的结构和控制特点
第3章 变频调速原理
3.1变频调速原理
3.1.1 交流异步电动机的调速原理 交流异步电动机的转速关系式如下：
电源等。
ห้องสมุดไป่ตู้
第3章 变频调速原理
图3.3 三相输入-单相输出的交-交变频器原理图 （a）电流源型 （b）电压源型 （c）输出电压u
第3章 变频调速原理
（2）工作状态。三相-单相正弦型交-交 变频电路如图3.4所示，它由两个三相桥 式可控整流电路构成。如果输出电压的 半周期内使导通组变流器晶闸管的触发
2）公共交流母线进线方式：它是由3组彼此独立、输出电压 相位互差120的单相输出交-交变频电路构成，其电源进线 经交流进线电抗器接至公用电源。因电源进线端公用，3组 单相输出必须隔离。这种接法主要用于中等容量交流调速系 统。
第3章 变频调速原理
3.2.2交-直-交变频系统
在交-直-交变频调速系统中，变频器有3种主要结构形式。
（1）用可控整流器调压如图3.6（a）所示，这种装置结构简 单，控制方便。但是，当电压或转速调得较低时，电网端的功 率因数较低；输出环节多采用由功率开关元件组成的三相六拍 逆变器，输出的谐波较大，这是该方法的缺点。
（2）用不可控整流器整流，如图3.6（b）所示，这种方法是 在主回路增设的斩波器上用脉宽调压，而整流环节采用二极管 不可控整流器。这样显然多增加了一个功率环节，但输入功率 因数高，克服了前种方法的一个缺点，而逆变器输出信号的谐 波仍较大。
第3章 变频调速原理
（3）用不可控整流器整流，PWM型逆变器调压如图3.6（c）所示， 这种方法输入功率因数高；输出谐波可以减少。这样，前两种方 法中存在的缺点都解决了。谐波能减少的程度取决于功率开关元 件的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。只有采用 可控关断的全控式功率开关元件以后，开关频率才得以大大提高。 逆变器的输出波形几乎是正弦波，因此成为当前被采用的一种调 压控制方法。
式中，E1为气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值；F1 为定子频率；N1为定子每相绕组串联匝数；Kr1为与绕组有 关的结构常数；m为每极气隙磁通量。
第3章 变频调速原理
第3章 变频调速原理
图3.1 基频以下调速时的机械特性
图3.2 基频以上调速时的机械特性
3.2 交流变频系统的基本形式
3.2.1交-交变频系统