【正文】 為簡化計算 ， 可采用近似的求 VT和 VS交點(diǎn)的方法 。 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 。 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 。 優(yōu)點(diǎn)是所需硬件少 ， 靈活性好和智能性強(qiáng) 。 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 。 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 。 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 。 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 。 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 。 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 。 因輸出電壓波形為矩形波 ， 具有許多高次諧波成分 。 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 。 利用脈沖寬度調(diào)制逆變器可實現(xiàn)變頻和變壓 。 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 。 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) 。 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 t4時間內(nèi) ， T T2同時導(dǎo)通 ， B為正 ， C為負(fù) ， uBC為正 。 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 。 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) 。 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 。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 。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 。 變頻器可分為交 直 交變頻器和交 交變頻器兩大類 。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 。 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 ，其前景非常可觀 。 在空間以角速度 ω0 旋轉(zhuǎn) 。 這里 ， 就是把 、 轉(zhuǎn)化為 、 ， 轉(zhuǎn)化條件是保證合成磁場不變 。 這樣就可看成是直流電機(jī)了 。 CBCBCBACBAFFFFFFFFFFFF232360sin60sin212160cos60cos????????????????CBCBAiiiiiii23232121????????i?i FB Fβ β iβ 600 FA i1 iq 600 Fα θ id φ iα α a） b) 圖 628 三相磁動勢的變換 FC 2. 矢量旋轉(zhuǎn)變換 將三相電機(jī)轉(zhuǎn)化為二相電機(jī)后 ， 還需將二相交流電機(jī)變換為等效的直流電機(jī) ， 見圖 627c。 ? CBA iii 、?i?i? (611) 按照磁勢與電流成正比關(guān)系 ， 可求得對應(yīng)的電流值 和 (612) 除磁勢的變換外 ， 變換中用到的其它物理量 ， 只要是三相平衡量與二相平衡量 ， 則轉(zhuǎn)換方式相同 。則產(chǎn)生的空間旋轉(zhuǎn)磁場與三相 A、 B、 C繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場一致。三相繞組的作用，完全可以用在空間上互相垂直的兩個靜止的 α 、 β 繞組代替，并通以兩相在時間上相差 900的交流平衡電流 和 ，使其產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的幅值和角速度也分別 和 ω 0，則可以認(rèn)為圖 627a、 b中的兩套繞組是等效的。 ?di qi?? 1. 三相 A、 B、 C系統(tǒng)變換到兩相 α、 β系統(tǒng) 2. 3. 圖 627 交流電機(jī)三相 /二相直流電機(jī)變換 a b c 這種變換是將三相交流電機(jī)變?yōu)榈刃У亩嘟涣麟姍C(jī)。如果用圖 627b中的兩套空間相差 900的繞組 α和 β來代替，并通以兩相在時間上相差 900的交流電流，使其也產(chǎn)生角速度為 ω0的旋轉(zhuǎn)磁場 ，則可以認(rèn)為圖 627a和圖 627b中的兩套繞組是等效的。為此，必須將三相交變量（矢量）轉(zhuǎn)換為與之等效的直流量（標(biāo)量），建立起交流電機(jī)的等效模型，然后按直流電機(jī)的控制方法對其進(jìn)行控制，獲得與直流電機(jī)同樣的控制靈活性和動態(tài)特性。因此，控制簡單，性能為線性。在伺服系統(tǒng)中，直流伺服電機(jī)能獲得優(yōu)良的動態(tài)與靜態(tài)性能，其根本原因是被控制量只有電機(jī)磁場和電樞電流 Ia， 且這兩個量是獨(dú)立的。 如圖 626所示 ， 隨著頻率增加 ， 轉(zhuǎn)矩減少 ， 而轉(zhuǎn)速增加 ， 可得近似恒功率的調(diào)速特性 。 若頻率上升 ， 額定電壓不變 ， 那么氣隙磁通 φ將隨著 f的升高而降低 。 3. 恒功率調(diào)速 為了擴(kuò)大調(diào)速范圍 ， 可以在額定頻率以上進(jìn)行調(diào)速 。 2. 恒最大轉(zhuǎn)矩 （ Mm） 調(diào)速 為了在低速時保持最大轉(zhuǎn)矩 Mm不變 ， 就必須采取E/f=常數(shù)的協(xié)調(diào)控制 ， 顯然 ， 這是一種理想的保持磁通恒定的控制方法 。 這是因為 f高時 ， E數(shù)值較大 ， 此時定子漏阻抗壓降在 U中所占比例較小 ， 可以認(rèn)為 U近似于定子繞組中感應(yīng)電勢 E。 由圖可見 ， 保持U/f為常數(shù)進(jìn)行變頻調(diào)速時 ， 這些特性曲線的線性段基本平行 ， 類似直流電機(jī)的調(diào)壓特性 。 要保持 M不變 ，即要求 U/f為常數(shù) ， 可以近似地維持 φ恒定 。 由 U、 f不同的相互關(guān)系 ,而得出不同的變頻調(diào)速方式 、 不同的調(diào)速機(jī)械特性 。又當(dāng)電壓 U不變 ， 減小 f時 ， Φ上升會造成磁路飽合 ， 激磁電流會上升 ， 鐵心過熱 ， 功率因數(shù)下降 ， 電機(jī)帶負(fù)載能力降低 。 又從轉(zhuǎn)矩公式 (610) 式中 Cm— 轉(zhuǎn)矩常數(shù)； I2— 折算到定子上的轉(zhuǎn)子電流； — 轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù) 。但在實際調(diào)速時 ， 只改變頻率是不夠的 ， 現(xiàn)在來看一下變頻時電動機(jī)的機(jī)械特性的變化情況 ， 由電機(jī)學(xué)知： (68) 式中 E— 感應(yīng)電勢 （ 異步電機(jī)中 ， 定子繞組的反電勢 ） ； K— 感應(yīng)系數(shù)； w— 同步角速度； Φ— 每極氣隙磁通量 。 變頻調(diào)速 是從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率 ， 故它具有高效率 、 寬范圍和高精度的調(diào)速性能 ， 可以認(rèn)為是一種理想的調(diào)速方法 。 靠改變轉(zhuǎn)差率對異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速時 ， 低速時轉(zhuǎn)差率大 ， 轉(zhuǎn)差損耗功率也大 ， 效率低 。 交流伺服電動機(jī) 二 、 交流電機(jī)的速度控制 (一 )交流電機(jī)的調(diào)速 據(jù)電機(jī)學(xué)知 ， 交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： （ r/min） (67) 式中 f— 定子電源頻率 （ Hz） ； p— 磁極對數(shù)； s— 轉(zhuǎn)速的滑差率 。 且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小 ， 動態(tài)相應(yīng)好 ， 它能在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)距 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 運(yùn)行可靠 ， 在同樣體積下 ， 交流電機(jī)的輸出功率可比直流電機(jī)提高 1070%， 另外交流電機(jī)的容量可比直流電機(jī)造得大 ， 達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速 ， 因此現(xiàn)代伺服系統(tǒng)中 ， 則更多采用交流伺服電機(jī) 。 第四節(jié) 交流伺服系統(tǒng) 一 、 數(shù)控機(jī)床用交流電機(jī) 由于直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能 ， 因此長期以來 ，