原创 16. 变频器输出方波电压的技术

 2020-3-6 10:02  5132 34 5 分类: 模拟

个就是PWM技术

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PWM(pulse width modulation)脉冲宽度调制

就是利用三角波（载波），然后把正弦波（信号波，也叫调制波）调制到这个载波上面。经过这么一调制，就可以得到一个宽窄有规律的方波信号。这个过程就是叫PWM。

如下面图所示：蓝色的三角波，就是载波，红色的正弦波就是信号波。经过如图所示的二者重合后，就通过信号波和载波的交叉点来决定调制后的信号波的宽度和高度。

具体地说：以信号的正半周为例，信号波与载波有一系列的相交点，在相邻相交点之间，如果信号波的信号大于载波，调制的输出信号为1。反之，则输出0。最后就得到了上图中，下面的一系列的红色方波信号。

得到这个信号后，经过放大器放大，信号强度增强。就可以用这个放大的信号去驱动IGBT的栅极(G)。IGBT的栅极就会按这个信号的时序将CE极之间进行关断操作。

结合一个单相的IGBT逆变电路：

在信号的上半周，接到1和4的栅极上，那么R上就会有向下的电流通过。

在信号的下半周，接到2和3的栅极上，那么R上就会有向上的电流通过。

电阻R上的电压和电流的波形和那个调制信号的波形一样。它们频率就和信号波的频率一样。

在《变频器的逆变电路》中，出现的这个波形，就是这么的来的。

PWM调制，信号放大，控制1/4，2/3的通断，都要通过电路实现。在我们公司，是有一块电路板。具体的电路板设计，我也不懂。

有了这个PWM技术，载波的频率不变。信号波的频率是可以变的，它决定了输出电压的频率。通过调整信号波的频率，就实现了“变频”。

细心的朋友会说：这个实际的波形照片，与我们仿真出来的那个波形看上去不一样，差得太多。

我的答案是：仿真波形用的基波的频率太低。为了得到一个近似“等效”的正弦波，载波的频率要越高越好。这个也好理解。但这个载波的频率不能太高，太高了，会有其它麻烦。后面再解释。

我们公司不同系列的变频器，载波的频率不一样，有2000Hz, 3000Hz, 5000Hz几种。

另外，通过调整信号波的幅度，还可以实现变频器输出电压的“变压”。如下图仿真所示。

下面是一个动态示意图。可以看到，得到的调制波的宽度随首幅度的变化而变化。

这个原理就要从电压的有效值说起。

我们平时说的“220V”电压是正弦波电压的有效值，它的定义：把直流电和交流电分别通过两个相同的电阻器件，如果在交流电的一个周期时间内它们产生的热量相等，那么就把此直流电的电压作为此交流电的有效值。

当我们信号幅值降低时，得到的调制信号的宽度就变窄，这样就降低了电压的有效值。

这个功能的有什么用处呢？

电机内流过的电流大小，与磁通量有关。在加在电机上的电压一定的情况下，如果降低电机的转速，则电机的“磁通量”会增加直到“饱和”。磁通量增加时，电机的电流也会增加，直至过流。这解释了我们观察到的现象：如果电机的负载过大，电机带不动，只能在低速运转，时间长了电机烧毁。极端情况，想办法把电机轴固定，通电不久，电机就会烧毁。

这个磁通量与什么有关呢？它与电机上的电压成正比，与频率成反比。

变频器启动电机时，在最初时，频率低，为了防止过流烧电机，就要保持电机内的磁通量一定，就得降低加在电机上的电压。这个降低电压的办法，就是通过降低信号波的幅值来实现的。

当系统要求输出功率减少时，比如：办公大楼晚间的空调需求少，希望空调机组减少制冷量，采用变频机组的空调就可以通过降低变频器的输出频率来使得电机的转速降低，从而使得空调的制冷量降低。这种工况是长时间运行的，如果不降低电机上的电压，就会导致电机在长时间的过流下工作，烧毁电机。这个时候就要降低电机上的电压，或者说降低变频器的输出电压。这个降低电压的办法，就是通过降低信号波幅度来实现。

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变频技术的出现，是由于微电子行业发展的结果。那些控制电路的实现，有了集成芯片，体积就可以做得很少，可靠性也提高。