SPWM變頻調(diào)速的基本原理與在交流伺服電機(jī)中SPWM變頻調(diào)速方法

　　SPWM（Sinusoidal PWM）法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。

　　spwm變頻調(diào)速原理

　　SPWM變頻調(diào)速的工作原理：

　　脈寬調(diào)制技術(shù)是利用通訊技術(shù)中的“調(diào)制”的概念，以所期望的波形作為調(diào)制波，而將被調(diào) 制的信號(hào)成為載波。

　　SPWM的控制模式：

　　SPWM調(diào)制波是根據(jù)三角波與正弦波的交點(diǎn)來確定逆變器開關(guān)器件的通斷工作時(shí)刻的。

　　spwm的應(yīng)用

　　SA8281型SPWM波發(fā)生器原理及在變頻器中的應(yīng)用

　　脈寬調(diào)制技術(shù)通過一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，來獲得一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，用以近似正弦電壓波形。脈寬調(diào)制技術(shù)在逆變器中的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代電力電子技術(shù)以及現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。近幾年來，由于場(chǎng)控自關(guān)斷器件的不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)的高頻SPWM（正弦脈寬調(diào)制）技術(shù)在電機(jī)調(diào)速中得到了廣泛應(yīng)用。SA8281是MITEL公司推出的一種用于三相SPWM波發(fā)生和控制的集成電路，它與微處理器接口方便，內(nèi)置波形ROM及相應(yīng)的控制邏輯，設(shè)置完成后可以獨(dú)立產(chǎn)生三相PWM波形，只有當(dāng)輸出頻率或幅值等需要改變時(shí)才需微處理器的干預(yù)，微處理器只用很少的時(shí)間控制它，因而有能力進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)。保護(hù)和控制等?；赟A8281和89C52的變頻器具有電路簡(jiǎn)單。功能齊全。性能價(jià)格比高。可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。

　　單片機(jī)生成

　　市場(chǎng)上使用的很多單片機(jī)都有生成SPWM控制波形的功能，該生成波形外接驅(qū)動(dòng)電路即可驅(qū)動(dòng)功率橋，達(dá)到逆變的目的。應(yīng)該說，只要具有PWM模塊和定時(shí)器模塊的單片機(jī)都可以完成此任務(wù)。

　　具體實(shí)現(xiàn)即首先將正弦表賦值給數(shù)組。然后PWM波形發(fā)生模塊每個(gè)PWM周期進(jìn)入中斷，在ISR中按照正弦表更改PWM比較器的值，依次循環(huán)即可。

　　交流伺服電機(jī)中SPWM變頻調(diào)速方法

　　交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一就是逆變器，由于調(diào)速的要求，逆變器必須具有頻率連續(xù)可調(diào)、以及輸出電壓連續(xù)可調(diào)，并與頻率保持一定比例關(guān)系等功能。

　　利用脈沖寬度調(diào)制逆變器可實(shí)現(xiàn)變頻也變壓。如圖所示，因電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，改變輸出電壓脈沖的占空比，就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻和變壓。與圖1（a）相比，圖1（b）所示電壓周期增大（頻率降低），而占空比減小，故平均電壓降低。

　　采用PWM方法控制逆變管的通、斷時(shí)，可獲得一組幅值相等、寬度相同的矩形脈沖，改變矩形脈沖的寬度可控制其輸出電壓，改變調(diào)制周期可控制其輸出頻率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)變壓和變頻。因輸出電壓波形為矩形波，具有許多高次諧波成分。對(duì)電機(jī)來說，有用的是電壓的基波。為了減少諧波影響，提高電機(jī)的運(yùn)行性能，應(yīng)采用對(duì)稱的三相正弦波電源為三相交流電機(jī)供電。

　　正弦波脈寬調(diào)制型逆變器（SPWM）的輸出端可獲一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，來近似等效于正弦電壓波。SPWM脈寬調(diào)制波形，如圖2。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖的間隔則最小。反之，當(dāng)正弦值較小時(shí)，脈沖的寬度也小，而脈沖的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大大減少。

　　采用數(shù)字電路的SPWM逆變器，可采用以軟件為基礎(chǔ)的控制模式。優(yōu)點(diǎn)是所需硬件少，靈活性好和智能性強(qiáng)。缺點(diǎn)是需要通過計(jì)算確定SPWM的脈沖寬度，有一定的延時(shí)和響應(yīng)時(shí)間。隨著高速度、高精度多功能微處理器、微控制器和SPWM專用芯片的發(fā)展，采用微機(jī)控制的數(shù)字化SPWM技術(shù)已占當(dāng)今PWM逆變器的主導(dǎo)地位。

　　SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)，其中各部分的功用：

　　速度給定器：給定信號(hào)，控制頻率、電壓及正反轉(zhuǎn)。

　　平穩(wěn)啟動(dòng)回路：使啟動(dòng)加、減速時(shí)間可隨機(jī)械負(fù)載設(shè)定，以達(dá)到軟啟動(dòng)的目的。

　　函數(shù)發(fā)生器：在輸出低頻信號(hào)時(shí)保持電機(jī)氣隙磁通一定，補(bǔ)償定子電壓降的影響。

　　電壓頻率變壓器：將電壓轉(zhuǎn)換為頻率，經(jīng)分頻器、環(huán)形計(jì)數(shù)器產(chǎn)生方波，和經(jīng)三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波一起送入調(diào)制回路。

　　電壓調(diào)節(jié)器：產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的控制正弦波，送入調(diào)制回路，送入調(diào)制回路，在調(diào)制回路中進(jìn)行SPWM變換，產(chǎn)生三相的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。在基極回路中輸出信號(hào)至功率晶體管基極，即對(duì)SPWM的主回路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁交流伺服電機(jī)的變頻調(diào)速。

　　電流檢測(cè)器：過載保護(hù)。