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交流伺服电机SPWM变频调速方法


2017-04-28 10:34   点击:55
                        交流电机变频调速系统中的关键部件之一就是逆变器,由于调速的要求,逆变器必须具有频率连续可调、以及输出电压连续可调,并与频率保持一定比例关系等功能。
利用脉冲宽度调制逆变器可实现变频也变压。如图所示,因电压的平均值和占空比成正比,所以在调节频率时,改变输出电压脉冲的占空比,就能同时实现变频和变压。与图1(a)相比,图1(b)所示电压周期增大(频率降低),而占空比减小,故平均电压降低。
采用PWM方法控制逆变管的通、断时,可获得一组幅值相等、宽度相同的矩形脉冲,改变矩形脉冲的宽度可控制其输出电压,改变调制周期可控制其输出频率,同时实现变压和变频。因输出电压波形为矩形波,具有许多高次谐波成分。对电机来说,有用的是电压的基波。为了减少谐波影响,提高电机的运行性能,应采用对称的三相正弦波电源为三相交流电机供电。
正弦波脉宽调制型逆变器(SPWM)的输出端可获一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形,来近似等效于正弦电压波。SPWM脉宽调制波形,如图2。当正弦值为最大值时,脉冲的宽度也最大,而脉冲的间隔则最小。反之,当正弦值较小时,脉冲的宽度也小,而脉冲的间隔则较大,这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大大减少。

 
图1 脉宽调制的输出电压


图2 SPWM脉宽调制波的形成
采用数字电路的SPWM逆变器,可采用以软件为基础的控制模式。优点是所需硬件少,灵活性好和智能性强。缺点是需要通过计算确定SPWM的脉冲宽度,有一定的延时和响应时间。随着高速度、高精度多功能微处理器、微控制器和SPWM专用芯片的发展,采用微机控制的数字化SPWM技术已占当今PWM逆变器的主导地位。
SPWM变频调速系统,其中各部分的功用:
速度给定器:给定信号,控制频率、电压及正反转。
平稳启动回路:使启动加、减速时间可随机械负载设定,以达到软启动的目的。
函数发生器:在输出低频信号时保持电机气隙磁通一定,补偿定子电压降的影响。
电压频率变压器:将电压转换为频率,经分频器、环形计数器产生方波,和经三角波发生器产生的三角波一起送入调制回路。
电压调节器:产生频率和幅度可调的控制正弦波,送入调制回路,送入调制回路,在调制回路中进行SPWM变换,产生三相的脉冲宽度调制信号。在基极回路中输出信号至功率晶体管基极,即对SPWM的主回路进行控制,实现对永磁交流伺服电机的变频调速。
电流检测器:过载保护。

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