【正文】 ?i?iqi di qidi?i?idiqi1di qi 3. 直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的變換 矢量控制中 ， 還要用到直角坐標(biāo)系與極坐標(biāo)系的變換 。 如圖 628b中 ， 由 和 求 ， 其公式為 (614) 采用矢量變換的感應(yīng)電機(jī)具有和直流電機(jī)一樣的控制特點(diǎn) ， 而且結(jié)構(gòu)簡單 、 可靠 ， 電機(jī)容量不受限制 ， 與同等直流電機(jī)相比機(jī)械慣量小 ，其前景非?？捎^ 。 dqqdiitgiii????221di qi1i （ 三 ） 交流電機(jī)的變頻調(diào)速 交流電機(jī)調(diào)速種類很多 ， 應(yīng)用最多的是變頻調(diào)速 。變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是能為交流電機(jī)提供變頻電源的變頻器 。 變頻器的功用是 ， 將頻率固定 （ 電網(wǎng)頻率為50Hz） 的交流電 ， 變換成頻率連續(xù)可調(diào) （ 0～ 400Hz）的交流電 。 變頻器可分為交 直 交變頻器和交 交變頻器兩大類 。 交 直 交變頻器是先將頻率固定的交流電整流成直流電 ， 再把直流電 逆變成 頻率可變的交流電 。交 交變頻器不經(jīng)過中間環(huán)節(jié) ， 把頻率固定的交流電直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電 。 因只需一次電能轉(zhuǎn)換 ， 效率高 ， 工作可靠 ， 但是頻率的變化范圍有限 。交 直 交變頻器 ， 雖需兩次電能的變換 ， 但頻率變化范圍不受限制 ， 目前應(yīng)用得比較廣泛 ， 以這種變頻器為例做介紹 。 圖 629是脈寬調(diào)制 （ Pulse Width Modulation簡稱 PWM） 變頻器的主電路 。 它由擔(dān)任交 直變換的二極管整流器和擔(dān)任直 交變換 、 同時完成調(diào)頻和調(diào)壓任務(wù)的脈沖寬度調(diào)制逆變器組成 。 圖中續(xù)流二極管 D1D6， 為負(fù)載的滯后電流提供一條反饋到電源的通路 ， 逆變管（ 全控式功率開關(guān)器件 ） T1T6組成逆變橋 ， A、B、 C為逆變橋的輸出端 。 電容器 Cd的功能是：濾平全波整流后的電壓波紋；當(dāng)負(fù)載變化時 ，使直流電壓保持平穩(wěn) 。 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 。 圖 629 PWM變頻器的主電路原理圖 C D1 A B T2 T1 T3 T4 T5 T6 D4 D2 D3 D6 D5 C 電源 圖 630 各逆變管的通斷安排 圖 631 三相逆變橋的輸出電壓 3000 3000 3000 T1 uAB T5 600 T2 T3 T4 uBC uCA 1200 1800 2400 3600 T6 600 1200 1800 2400 3600 600 1200 1800 2400 3600 t 1 t 2 t 3 t4 t5 t6 00 00 00 t? t? t? 下面討論逆變管 T1~T6以怎樣的順序動作 （ 導(dǎo)通和關(guān)斷 ） 才能將直流電變?yōu)槿嘟涣麟?？ 如圖 630所示 ， 在 t t2時間內(nèi) ， T T6同時導(dǎo)通 ， A為正 ， B為負(fù) ， uAB為正 。 在 t t5時間內(nèi) ，T T4同時導(dǎo)通 ， A為負(fù) ， B為正 ， uAB為負(fù) 。在 t t4時間內(nèi) ， T T2同時導(dǎo)通 ， B為正 ， C為負(fù) ， uBC為正 。 在 t t1時間內(nèi) ， T T6同時導(dǎo)通 ，B為負(fù) ， C為正 ， uBC為負(fù) 。 在 t t6時間內(nèi) ， T T4同時導(dǎo)通 ， C為正 ，A為負(fù) ， uCA為正 。 在 t t3時間內(nèi) ， T T2同時導(dǎo)通 ， C為負(fù) ， A為正 ， uCA為負(fù) 。 630所示為逆變管的工作情況 ， 圖中陰影部分為各逆變管的導(dǎo)通時間 ， 其余為關(guān)斷狀態(tài) 。逆變橋輸出的線電壓波形如圖 631所示 ， 由圖可見 ， 各相之間的相位互差 1200， 它們的幅值都與直流電壓 Ud相等 。 只要按照一定的規(guī)律來控制逆變管的導(dǎo)通與截止 ， 就可以把直流電逆變成三相交流電 。改變逆變管導(dǎo)通和關(guān)斷時間 ， 即可得到不同的輸出頻率 。 利用脈沖寬度調(diào)制逆變器可實現(xiàn)變頻和變壓 。 如圖 632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 ， 改變輸出電壓脈沖的占空比 ， 就能同時實現(xiàn)變頻和變壓 。 與圖632a相比 ， 圖 632b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 。 圖 632 脈寬調(diào)制的輸出電壓 ?1? ?2? O t a) u 1? 2? T O t b) u T ? 采用 PWM方法控制逆變管的通 、 斷時 ， 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 ， 同時實現(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 ， 當(dāng)正弦值為最大值時 ， 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 ， 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 。 下面介紹用正弦波 （ 調(diào)制波 ） 控制 ， 三角波 （ 載波 ）調(diào)制的采用模擬電路元件實現(xiàn) SPWM（ 正弦波脈寬調(diào)制 ）控制的變頻器的工作原理 。 如圖 633所示 ， 首先由模擬元件構(gòu)成的三角波和正弦波發(fā)生器分別產(chǎn)生三角波信號 VT和正弦波信號 VS，然后送入電壓比較器 A， 產(chǎn)生 SPWM調(diào)制的矩形脈沖 。 圖634a所示的數(shù)字位置為這二種波形交點(diǎn) ， 決定了逆變器某相元件的通斷時間 （ 在此為 A相 ） ， 即 T1和 T4的通斷 ， 決定了 SPWM脈沖系列的寬度和脈沖間的間隔寬度 。當(dāng)正弦波高于三角波時 ， 開關(guān)器件 T1導(dǎo)通 、 T4關(guān)斷 ，使負(fù)載上得到的相電壓為 uA=＋ Ud/2；當(dāng)正弦波低于三角波時 ， 開關(guān)器件 T1關(guān)斷 、 T4導(dǎo)通 ， 負(fù)載上的相電壓為 uA=－ Ud/2；調(diào)制波和載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列 ， 調(diào)制出脈寬波形如圖 634b。 由相電壓合成為線電壓時 ， 如 uAB=uAuB， 可得逆變器輸出線電壓脈沖系列 ， 其脈沖幅值為＋ Ud和－ Ud。 圖 633 電路原理圖 V T U d V S + _ A V VS VT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 14 t 10 11 12 13 u a) + Ud/2 t Ud/2 b) 圖 634 脈寬調(diào)制波的形成 改變調(diào)制波的頻率時 ， 輸出電壓基波的頻率也隨之改變；增加調(diào)制波的幅值時 ， 各段脈沖的寬度都將變寬 ， 從而使輸出電壓基波的幅值也相應(yīng)變大 。 如果用這樣的矩形脈沖作為逆變管的控制信號 ， 則在逆變器輸出端可以獲得一組類似的矩形脈沖 ， 其幅值就是直流側(cè)的整流電壓 Ud，其寬度是按正弦規(guī)律變化的 。 采用模擬電路調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是完成 VT與 VS信號的比較和確定脈沖寬度所用的時間短 ， 幾乎是瞬間完成的 。 然而 ， 這種方法的缺點(diǎn)是所需要硬件較多 ， 而且不夠靈活 ， 改變參數(shù)和調(diào)試比較麻煩 。 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)是需要通過計算確定 SPWM的脈沖寬度 ， 有一定的延時和響應(yīng)時間 。 然而 ， 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 。 微機(jī)控制的 SPWM控制模式有多種 ， 以規(guī)則取樣法為例來介紹 。 微機(jī)是采用計算的辦法尋找三角波 VT與參考正弦波 VS的交點(diǎn)從而確定 SPWM脈沖寬度的 。 VT和VS的交點(diǎn) A B1能準(zhǔn)確求得 ， 從而確定脈沖寬度 t′2， 但計算工作量較大 。 為簡化計算 ， 可采用近似的求 VT和 VS交點(diǎn)的方法 。 通過兩個三角波峰之間中線與 VS的交點(diǎn) m作水平線與兩個三角波分別交于 A和 B點(diǎn) ， 由交點(diǎn) A和 B確定的 SPWM脈寬為 t2，