论文部分内容阅读
摘要：随着我国科学技术水平的不断提高，我国的PWM脉宽调制解调器技术也有了很大的发展。PWM脉宽调制解调器在变频中的应用也越来越广泛。本文通过对PWM和变频器的概述，分析了PWM脉宽调制解套期在变频器中的应用。
关键词：PWM脉宽 调制解调器 变频器
随着我国电子技术的不断发展，脉宽调制解调器的功能也在不断的完善。我国近几年来，脉宽调制解调器在变频器中应用也比较普遍。但是变频器对脉宽调制解调器的应用还不是很成熟，所以我国有关部门应该对此问题加以重视，这样才能促进我国科学技术水平的提高，推动我国经济的发展和繁荣。
一、PWM脉宽调制解调器的概述
（一）PWM脉宽调制解调器概念
脉冲宽度调制指的是一种虚拟的控制手段，主要是按照其承载的结晶体管的基极或者管栅极来进行设置的，可以改变晶体管或者MOS的导通时间，进而达到开关稳压的输出效果。这种方式能够使得电源的输出电压在其工作的期间里保持一个固定的值，所以它主要是运用微处理技术对模拟电路进行有效控制的技术。
PWM控制技术操作起来比较简单，具有灵活的控制功能，能够做到有效的动态响应，所以它被广泛的应用到了电子技术领域的控制中，也得到了人们的普遍关注。随着我国科学技术的飞速发展，各个学科之间也进行了科学合理的融合，打破了各专业之间的吸纳之，实现PWM脉宽调制解调器的发展一定要结合到现代的先进的控制理论思想和以往的技术经验，这样才能更好的为社会服务，促进我国综合实力的提高。
（二）脉宽调制（PWM）基本原理
控制方式主要是控制拟变电路的开关系统，它可以使得输出端获得一系列幅值相同的脉冲，通过对这些脉冲的应用可以对正弦波等波形进行一定程度的替代。也就是说，在输入波形的半个周期过程中出现的脉冲，可以使得各种脉冲转化为等幅值的正弦波形，从而提高输出的效率，降低输出的难度。我们可以按照具体的规律对这些产生的脉冲进行调节工作，这样不但可以对电路输出的电压进行更改，还可以对输出的频率进行修改。
比如，我们可以把正弦半波分割成多个部分，然后我们可以把正弦半波看成多个脉冲的组合波形。这些脉冲的宽度都是一样的，但是幅值都存在一定的差异，而且脉冲的顶端不在一条水平线上，是一条曲线，这条曲线也反映了各个脉冲的运动规律。如果把上面的脉冲按照一定的幅值进行排列，就可以代替波形，使得矩形脉冲和正弦的部分面积相同，这样就可以形成PWM波形。由此我们可以看出，各个脉冲宽度是遵循正弦的规律变化的。所以我们可以通过冲量等量的规律，来判定PWM波形和正弦半波的效果。如果通过正弦的负半周规律，也可以得到相应额PWM波形。
在PWM波形中，各种脉冲的幅值其实是相同的，所以改变同意比例系数的脉冲就可以改变等效输出的正弦波幅值。所以在变频器中，整个电路可以选用不可控的二级电路，就可以实现运作，PWM的逆变电路的脉冲的输出电压就可以表示直流侧电压的幅值。
（三）PWM脉宽调制解调器的优点
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。
总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。
二、变频器概述
变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
三、试验研究及分析
变频调速驱动系统中电机端产生的过电压，用传输线理论可以得到很好的解释，并且通过试验研究得到证实。由于电机端的过电压是造成电机绝缘过早破坏的原因之一，因此为了延长电机寿命，除了提高电机自身的绝缘水平外，还必须尽最大可能地抑制过电压的冲击。
（一）滤波器与驱动系统的等值电路
在電动机端子上安装阻抗匹配器可以很大程度地消弱过电压，最简单的是并联一个与电缆的波阻抗接近的电阻，但由于电缆的波阻抗很小，在电阻上的功耗很大，达到数百至数千瓦，因此实际中不宜采用纯电阻匹配器，而应采用阻抗匹配与滤波于一体的低通滤波器。为了减小滤波器的尺寸和造价，宜采用无源RC低通阻尼滤波器。
（二）滤波器对电动机端电压波形的影响
对于陡上升沿的电压波来说，滤波器的电容可认为是零波阻抗，相当于短路，如果取滤波器电阻的阻值与电缆的波阻抗相等，而电动机的波阻抗又比较大，则负载阻抗近似为电阻值，这样一来，电缆末端的负载阻抗与电缆的波阻抗相匹配，那么在电动机端就不会产生电压波的全反射，也就不会形成过电压。
（三）滤波器的 和 与电动机端过电压的关系
按照上述方法，在不同的滤波器电阻及电容下，测取的电动机端电压上升沿处的波形，从而得到电动机端电压上升沿处过电压倍率与滤波器电阻及电容的关系曲线，
（四）滤波器的 和 与电动机端上升沿时间的关系
同样，在不同的滤波器电阻及电容下，测取的电动机端电压上升沿处的波形，从而得到电动机端电压上升沿时间与滤波器电阻及电容的关系曲线。
（五）滤波器的 和 的选择和理论分析
从上述的试验结果可以得出：滤波器电阻值越小，电容值越大，电缆长度越短，则电动机端过电压的倍率就越小；而且电阻值越小，电容值就越大，上升沿时间就越大，即电压上升率也就越小。
四、结论
综上所述，本文通过对PWM脉宽调制解调器和变频器的叙述，分析了PWM脉宽调制解调器在变频器中的具体应用。加强对PWM的应用，可以促进我国各个领域的发展。随着我国科学水平的提高，PWM的技术可以更广泛的应用于生产生活中，为社会的发展做出更大的贡献。■
参考文献
[1] 钟玉林，赵争鸣，袁立强. 逆变器驱动电机的共模电压和轴电压的抑制[J]. 清华大学学报（自然科学版）网络.预览. 2009（01）
[2] 肖宇，方攸同，刘壮. 变频驱动异步电机绝缘可靠性和轴电流影响[J]. 轻工机械. 2008（02）
[3] 刘建强，郑琼林. 各种PWM控制方式下的电机共模电压比较研究[J]. 北京交通大学学报. 2005（05）
关键词：PWM脉宽 调制解调器 变频器
随着我国电子技术的不断发展，脉宽调制解调器的功能也在不断的完善。我国近几年来，脉宽调制解调器在变频器中应用也比较普遍。但是变频器对脉宽调制解调器的应用还不是很成熟，所以我国有关部门应该对此问题加以重视，这样才能促进我国科学技术水平的提高，推动我国经济的发展和繁荣。
一、PWM脉宽调制解调器的概述
（一）PWM脉宽调制解调器概念
脉冲宽度调制指的是一种虚拟的控制手段，主要是按照其承载的结晶体管的基极或者管栅极来进行设置的，可以改变晶体管或者MOS的导通时间，进而达到开关稳压的输出效果。这种方式能够使得电源的输出电压在其工作的期间里保持一个固定的值，所以它主要是运用微处理技术对模拟电路进行有效控制的技术。
PWM控制技术操作起来比较简单，具有灵活的控制功能，能够做到有效的动态响应，所以它被广泛的应用到了电子技术领域的控制中，也得到了人们的普遍关注。随着我国科学技术的飞速发展，各个学科之间也进行了科学合理的融合，打破了各专业之间的吸纳之，实现PWM脉宽调制解调器的发展一定要结合到现代的先进的控制理论思想和以往的技术经验，这样才能更好的为社会服务，促进我国综合实力的提高。
（二）脉宽调制（PWM）基本原理
控制方式主要是控制拟变电路的开关系统，它可以使得输出端获得一系列幅值相同的脉冲，通过对这些脉冲的应用可以对正弦波等波形进行一定程度的替代。也就是说，在输入波形的半个周期过程中出现的脉冲，可以使得各种脉冲转化为等幅值的正弦波形，从而提高输出的效率，降低输出的难度。我们可以按照具体的规律对这些产生的脉冲进行调节工作，这样不但可以对电路输出的电压进行更改，还可以对输出的频率进行修改。
比如，我们可以把正弦半波分割成多个部分，然后我们可以把正弦半波看成多个脉冲的组合波形。这些脉冲的宽度都是一样的，但是幅值都存在一定的差异，而且脉冲的顶端不在一条水平线上，是一条曲线，这条曲线也反映了各个脉冲的运动规律。如果把上面的脉冲按照一定的幅值进行排列，就可以代替波形，使得矩形脉冲和正弦的部分面积相同，这样就可以形成PWM波形。由此我们可以看出，各个脉冲宽度是遵循正弦的规律变化的。所以我们可以通过冲量等量的规律，来判定PWM波形和正弦半波的效果。如果通过正弦的负半周规律，也可以得到相应额PWM波形。
在PWM波形中，各种脉冲的幅值其实是相同的，所以改变同意比例系数的脉冲就可以改变等效输出的正弦波幅值。所以在变频器中，整个电路可以选用不可控的二级电路，就可以实现运作，PWM的逆变电路的脉冲的输出电压就可以表示直流侧电压的幅值。
（三）PWM脉宽调制解调器的优点
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。
总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。
二、变频器概述
变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
三、试验研究及分析
变频调速驱动系统中电机端产生的过电压，用传输线理论可以得到很好的解释，并且通过试验研究得到证实。由于电机端的过电压是造成电机绝缘过早破坏的原因之一，因此为了延长电机寿命，除了提高电机自身的绝缘水平外，还必须尽最大可能地抑制过电压的冲击。
（一）滤波器与驱动系统的等值电路
在電动机端子上安装阻抗匹配器可以很大程度地消弱过电压，最简单的是并联一个与电缆的波阻抗接近的电阻，但由于电缆的波阻抗很小，在电阻上的功耗很大，达到数百至数千瓦，因此实际中不宜采用纯电阻匹配器，而应采用阻抗匹配与滤波于一体的低通滤波器。为了减小滤波器的尺寸和造价，宜采用无源RC低通阻尼滤波器。
（二）滤波器对电动机端电压波形的影响
对于陡上升沿的电压波来说，滤波器的电容可认为是零波阻抗，相当于短路，如果取滤波器电阻的阻值与电缆的波阻抗相等，而电动机的波阻抗又比较大，则负载阻抗近似为电阻值，这样一来，电缆末端的负载阻抗与电缆的波阻抗相匹配，那么在电动机端就不会产生电压波的全反射，也就不会形成过电压。
（三）滤波器的 和 与电动机端过电压的关系
按照上述方法，在不同的滤波器电阻及电容下，测取的电动机端电压上升沿处的波形，从而得到电动机端电压上升沿处过电压倍率与滤波器电阻及电容的关系曲线，
（四）滤波器的 和 与电动机端上升沿时间的关系
同样，在不同的滤波器电阻及电容下，测取的电动机端电压上升沿处的波形，从而得到电动机端电压上升沿时间与滤波器电阻及电容的关系曲线。
（五）滤波器的 和 的选择和理论分析
从上述的试验结果可以得出：滤波器电阻值越小，电容值越大，电缆长度越短，则电动机端过电压的倍率就越小；而且电阻值越小，电容值就越大，上升沿时间就越大，即电压上升率也就越小。
四、结论
综上所述，本文通过对PWM脉宽调制解调器和变频器的叙述，分析了PWM脉宽调制解调器在变频器中的具体应用。加强对PWM的应用，可以促进我国各个领域的发展。随着我国科学水平的提高，PWM的技术可以更广泛的应用于生产生活中，为社会的发展做出更大的贡献。■
参考文献
[1] 钟玉林，赵争鸣，袁立强. 逆变器驱动电机的共模电压和轴电压的抑制[J]. 清华大学学报（自然科学版）网络.预览. 2009（01）
[2] 肖宇，方攸同，刘壮. 变频驱动异步电机绝缘可靠性和轴电流影响[J]. 轻工机械. 2008（02）
[3] 刘建强，郑琼林. 各种PWM控制方式下的电机共模电压比较研究[J]. 北京交通大学学报. 2005（05）