脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)變頻器

王文惠　孫國平　干傳東

摘 要 能源是目前世界緊缺性問題，電力緊缺是目前我國一大現(xiàn)實(shí)問題。使用變頻器后，可節(jié)電49% 。延長設(shè)備的使用壽命， 可使電動機(jī)軟起動、軟停止，避免對機(jī)械的沖擊，所以延長設(shè)備的使用壽命。降低噪音， 按負(fù)載的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以降低機(jī)械和風(fēng)機(jī)等的噪聲。

關(guān)鍵詞 脈寬調(diào)制（PWM） 控制技術(shù) 變頻器

中圖分類號：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

為提高環(huán)境的舒適性， 在電梯、電動車上采用變頻器調(diào)速，可以改善加速與減速的平滑性，從而可提高乘坐的舒適感。實(shí)現(xiàn)自動化，使設(shè)備小型化，近幾年來，通用變頻器在國民經(jīng)濟(jì)各部門得到了迅速的推廣應(yīng)用。

一、電器傳動國內(nèi)外發(fā)展概況

電器傳動是指以各類電動機(jī)為動力的傳動裝置與系統(tǒng)。因電動機(jī)種類的不同，有直流電動機(jī)傳動、交流電動機(jī)傳動、步進(jìn)電動機(jī)傳動、伺服電動機(jī)傳動、等等。眾所周知，直流電動機(jī)盡管比交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高維修保養(yǎng)費(fèi)用較貴，但其調(diào)速性能很好，所以，在調(diào)速傳動領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。然而，由于電力電子技術(shù)的迅速，發(fā)展，使電器傳動發(fā)生了重大變革，即交流調(diào)速傳動迅猛發(fā)展，電器傳動交流化的新時(shí)代已經(jīng)到來。

交流電動機(jī)與直流電動機(jī)相比，有結(jié)夠簡單、牢固、成本低廉等許多點(diǎn)，缺點(diǎn)是調(diào)速困難、現(xiàn)在，借助電力電子技術(shù)以解決了交流電動機(jī)調(diào)速問題，交流電動機(jī)調(diào)速傳動已占主導(dǎo)地位。據(jù)日本早年統(tǒng)計(jì)，1975年交流電動機(jī)調(diào)速與直流電動機(jī)調(diào)速之比是1 ：3，而到了1985年成了3 ：1。近10多年來發(fā)展更快。20世紀(jì)末，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，交流調(diào)速已占主導(dǎo)地位。

縱觀交流電動機(jī)調(diào)速傳動發(fā)展的過程，大致是沿著三個(gè)方向發(fā)展的：一個(gè)是取代直流調(diào)速實(shí)現(xiàn)少維修、省力化為目標(biāo)的高性能交流調(diào)速；另一個(gè)是以節(jié)能為目的的，改恒速為調(diào)速，用于交流電氣傳動中的變頻器實(shí)際上是變壓（Variable Voltage，簡稱 VV） 變頻（Variable Frequency 簡稱VF） 器，即VVVF.正弦波PWM法（SPWM）是為了克服等脈寬PWM法的缺點(diǎn)而發(fā)展來的.它從電動機(jī)供電電源的角度出發(fā)，著眼于如何產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的三相對稱正弦波電源。

直流可以認(rèn)為是頻率為零的交流，由直流變?yōu)槎l定壓或調(diào)率調(diào)壓交流電的變頻器，稱為逆變器。

將整流電路、逆變器電路、檢測電路、保護(hù)電路等集成于一體的功率集成電路（Power Integrated Circute ，簡稱PIC） 等。

二、步進(jìn)電動機(jī)PWM控制信號生成方法

現(xiàn)代步進(jìn)電動機(jī)控制電路有兩種類型，一類是適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）控制的，指令及控制信號通過串行接口傳送，也可以通過計(jì)算機(jī)下裝程序后脫機(jī)運(yùn)行.這類控制電路稱為I/O主控制器.另一類適用于可編程序控制器（PLC）或單片機(jī)控制、指令和數(shù)據(jù)是通過并行口傳輸?shù)?這類控制電路稱為定位主控制器。

I/O主控制器由CPU及外圍電路夠成，本身就是一臺計(jì)算機(jī)，與PC聯(lián)機(jī)，可以使用高級語言編程及調(diào)試，進(jìn)行實(shí)時(shí)的操作，有的其內(nèi)部設(shè)有EEPROM，并設(shè)有有關(guān)程序控制指令，一旦將程序裝入，可以脫機(jī)運(yùn)行，使系統(tǒng)成本降低。

定位主控制器與通用PLC、單片機(jī)夠成系統(tǒng)，用于定位點(diǎn)數(shù)較少的應(yīng)用場合，適用于簡單、重復(fù)性大的工作。

三、工廠使用通用變頻器

近幾年來，通用變頻器在國民經(jīng)濟(jì)各部門得到了迅速的推廣應(yīng)用。應(yīng)用的領(lǐng)域，如果按照負(fù)載的種類來分，有如下各類：

（一）風(fēng)力水力機(jī)械類。

1、冷卻塔冷卻水溫度控制，用溫度傳感器檢測出冷卻水溫度，用以控制冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速（變頻調(diào)速），使冷卻水溫自動地保持一定，可節(jié)電和降低噪聲。

2、制冰機(jī)鼓風(fēng)量控制，在制冰過程中，為了使冰中不要有氣泡，以便制出透明冰塊，就要改變冷風(fēng)的風(fēng)量：在冷凍初期，加大冷風(fēng)量；而在冷凍的中期和后期，將冷風(fēng)量將到50%以下，使冰塊透明。

3、工廠操作臺有害氣體排氣風(fēng)機(jī)的控制，當(dāng)一個(gè)操作臺上有人正在操作，有害氣體放出時(shí)，操作臺上方抽風(fēng)風(fēng)道的閥門即打開，同時(shí)送出一個(gè)調(diào)頻信號。根據(jù)風(fēng)道閥門開閉的多少調(diào)節(jié)抽風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣既可充分地排出有害氣體，又可節(jié)能；同時(shí)也避免了因風(fēng)道閥門閉合，使抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變而產(chǎn)生的刺耳的尖噪聲。

4、水塔水位自動控制，檢測水箱水位的高低，調(diào)節(jié)揚(yáng)水泵的轉(zhuǎn)速，使水位保持一定。這樣既可以防止水箱內(nèi)的水水箱溢出，又可防止枯水，同時(shí)又可以節(jié)電。

（二）工作機(jī)械類。

1、平面磨床，用變頻器驅(qū)動平面磨床的磨頭電動機(jī)。在研磨超硬質(zhì)材料時(shí)，必須高速研磨。這時(shí)使用專用高速電動機(jī)，要求變頻器的輸出頻率達(dá)一百至數(shù)百赫茲。使用變頻器不但可以方便地獲得可調(diào)的高速，而且可以提高加工精度。

2、沖壓機(jī)，傳統(tǒng)的沖壓機(jī)電動機(jī)為直流電動機(jī)或滑差電動機(jī)。改為標(biāo)準(zhǔn)的交流電動機(jī)，由變頻器驅(qū)動后，不但可根據(jù)沖壓材料的材質(zhì)、板厚和加工內(nèi)容，任意地調(diào)節(jié)沖壓速度，而且安全、節(jié)電。

3、機(jī)床工作臺走行裝置， 機(jī)床工作臺走行裝置原由變極電動機(jī)驅(qū)動。改用普通電動機(jī)， 由變頻器驅(qū)動后，可平滑地調(diào)速，使操作性能提高，并且使電動機(jī)小型化、輕量化。

4、起重機(jī)運(yùn)行小車電動機(jī)的控制， 起重機(jī) （行車） 運(yùn)行小車電動機(jī)改用變頻器供電驅(qū)動后，可平穩(wěn)地起動和停車，避免因起動和突停造成起吊重物的擺動；可低速移動，使起吊重物正確地定位，同時(shí)可降低噪聲，電梯也是。.

其它，還有車床、銑床的驅(qū)動、離心分離機(jī)的驅(qū)動、污水處理機(jī)械的驅(qū)動等等。

四、工廠使用通用變頻器的好處

通用變頻器之所以得到廣泛的應(yīng)用，究其原因，主要是因?yàn)槭褂米冾l器后，可以達(dá)到以下幾個(gè)目的：

1、節(jié)能：對于風(fēng)機(jī)、泵類等機(jī)械，需要按所要求的流量調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的，以及對于擠出使用變頻器調(diào)速機(jī)、攪拌機(jī)等需要按負(fù)載狀態(tài)調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的， 使用變頻器后，可以節(jié)電節(jié)能?？晒?jié)電49% 。

2、實(shí)現(xiàn)自動化：可以提高搬運(yùn)機(jī)械的停車精度；可提高流水線調(diào)速控制的精度；加反饋控制環(huán)節(jié)以控制流量，可實(shí)現(xiàn)流量控制的自動化等。

3、提高產(chǎn)品質(zhì)量：在產(chǎn)品制造業(yè)中，使用變頻器調(diào)速可實(shí)現(xiàn)最合適的作業(yè)線速度控制， 在加工工業(yè)中，使用變頻器調(diào)速可實(shí)現(xiàn)最合適的加工速度等，由此而使產(chǎn)品質(zhì)量提高。

4、使設(shè)備小型化：轉(zhuǎn)速越高，則機(jī)械的體積也越小。所以使用變頻器調(diào)速，提高設(shè)備的轉(zhuǎn)速，可使設(shè)備小型化，由于軟起動、軟停止，沖擊減小，可削減機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)裕量，從而也可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。

5、延長設(shè)備的使用壽命：使用變頻器可使電動機(jī)軟起動、軟停止，避免對機(jī)械的沖擊，可以延長設(shè)備的使用壽命。

6、降低噪音，：按負(fù)載的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以降低機(jī)械和風(fēng)機(jī)等的噪聲。

7、提高環(huán)境的舒適性：在電梯、電動車上采用變頻器調(diào)速，可以改善加速與減速的平滑性，從而可提高乘坐的舒適感?！?/p>

（作者單位：江蘇北方湖光光電有限公司）