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随着工业自动化的快速发展，变频器作为一种重要的电气控制元件，已广泛应用于各种机械设备中。 在变频器控制系统中，PWM技术是一种常用的调节方法，它可以通过改变脉冲宽度来控制输出电压和频率，实现恒转矩、恒功率和变频控制等多种功能。 那么，如何在逆变器控制中使用PWM技术进行调节呢？ 让我们详细讨论一下。
电机控制的挑战
脉宽调制 （PWM） 是从数字源创建模拟信号的常用策略。 当尝试从分立晶体管控制的电源驱动电机时，这是一种常用方法，该电源不提供特定的可变电流输出。 变频器的工作原理是这样的。
许多控制器输出利用脉冲导通和关断信号策略为负载器件提供有限的电流。 这种脉冲电压过程允许分立数字输出驱动模拟器件，但仍然不能产生真正的模拟输出电压。
这种方法在电机输出中尤为常见，其中需要电源来驱动电机负载。 为了以适当的扭矩和速度驱动，必须向电机输送一定的功率。 该功率是电压和电流的乘积。 如果电压下降，功率将受到直接影响，因此我们不能降低电压，但仍然期望具有移动负载所需的扭矩。 因此，作为一种减速方法，降低电压是不切实际的。 这个概念实际上只出现在低压启动方法的情况下。
为了克服这一挑战，必须有一种方法来提供完整的电压和电流，但以某种方式降低电机的驱动速度。 在直流电机中，这可以通过降低驱动转子中磁场的平均电流来实现，这将决定电刷换向的速度。 脉宽调制 （PWM） 技术可以非常简单地完成这项任务。
在三相交流电机中，简单的电压脉冲不会改变速度，因为为了正常工作，电压也必须改变极性。 准确地说，它必须在非常特定的频率下进行，以获得正确的输出速度。 这与直流电机不同，直流电机的转速会自动控制电刷反转的速度，有点像自动反馈。 另一方面，交流电机必须由外部电源交替使用。
PWM是如何工作的？
为了理解脉动概念的工作原理，必须记住两个关键概念。 首先，恒定的PWM载波频率控制电压持续时间的计算。 该频率必须足够高，以至于输出设备不能随着每个脉冲而物理打开和关闭。 如果这样做，会导致电机脉动，从而造成损坏。 好消息是电机对施加电流的反应相对较慢，因此PWM载波频率不必很高，但通常在几百赫兹到几千赫兹的范围内。
作为参考，小型控制器，大多数引脚的PWM载波频率约为500Hz。 还有一些控制器的载波频率默认为 4kHz。 对于许多工业驱动器，频率应与任何已安装的线路滤波器相匹配。
在这个恒定频率下，数字直流电压可以在这段时间内打开一部分，然后在其余时间关闭。 例如，载波频率为1kHz，每个周期的时间为1毫秒。 直流电压可以打开 05 毫秒，然后关闭剩余的 05ms。负载将对驱动器做出短暂的响应，但如果重复这种恒定的开/关模式，则整体响应将恰好是电机最大响应速度的一半。 如果脉冲的“导通”持续时间增加，电机旋转得越快，直到它最终在整个周期中达到全电压，这与简单地提供恒定电压相同。
导通脉冲持续时间除以总周期时间的比率称为PWM输出的“占空比”，以0%-100%的百分比表示。 对于直流电机，恒定的占空比可产生恒定但可精确调节的速度。
变频器如何控制PWM交流电机？
对于三相交流电机，可以单独考虑每相输入。 事实上，每个阶段都比前一个阶段延迟。 55ms（3Hz 周期的 3 个周期为 60 毫秒），但每相只是原始 PWM 概念的复制品。
首先，电压必须交替极性以产生所需的交流波，因此驱动输出的晶体管以称为“H 桥”的反向配置连接，允许控制器在适当的时候改变输出极性以重新生成频率信号。
当数字创建的交流波开始时，占空比几乎为 0%（因此没有电流），但它开始迅速增加。 当变化率攀升到100%时，变化率减慢，实际上曲线是一条精确的正弦曲线，就像主线电压一样。 占空比本身对应于提供给电机线圈的平均电流，因此我们期望看到线圈的磁场以非常精确的速率变化。
对于慢速旋转的电机，占空比的增加相对较慢。 一旦达到 100%，占空比将立即开始回落到 0%。 然后极性将翻转，循环将重复。
考虑驱动器PWM输出的最简单方法之一是查看标准交流电压曲线。 但是，不应将其读取为“电压”，而应将其读取为“占空比”。 由于占空比是以数字方式创建的，因此可以根据需要非常缓慢或快速地创建它们。
不应尝试以高于铭牌最大频率的频率运行电机，PWM载波频率将高出许多倍。 此外，需要注意的是，较高的载波频率将产生更多的干扰和电噪声，但较低的频率将允许通过每个晶体管的电流量增加，并在每个PWM周期产生更多的热量。 因此，应注意制造商对载波频率的建议。
通过不断优化和改进PWM技术，可以进一步提高变频系统的稳定性和可靠性，为工业自动化领域的发展注入新的活力。 相信随着科学技术的不断进步，PWM技术在变频器控制中的应用前景将更加广阔。
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