脉宽调制（PWM）控制技术变频器

王文惠　孙国平　干传东

摘 要 能源是目前世界紧缺性问题，电力紧缺是目前我国一大现实问题。使用变频器后，可节电49% 。延长设备的使用寿命， 可使电动机软起动、软停止，避免对机械的冲击，所以延长设备的使用寿命。降低噪音， 按负载的大小调节转速，可以降低机械和风机等的噪声。

关键词 脉宽调制（PWM） 控制技术 变频器

中图分类号：TM33 文献标识码：A

为提高环境的舒适性， 在电梯、电动车上采用变频器调速，可以改善加速与减速的平滑性，从而可提高乘坐的舒适感。实现自动化，使设备小型化，近几年来，通用变频器在国民经济各部门得到了迅速的推广应用。

一、电器传动国内外发展概况

电器传动是指以各类电动机为动力的传动装置与系统。因电动机种类的不同，有直流电动机传动、交流电动机传动、步进电动机传动、伺服电动机传动、等等。众所周知，直流电动机尽管比交流电动机结构复杂、成本高维修保养费用较贵，但其调速性能很好，所以，在调速传动领域中一直占主导地位。然而，由于电力电子技术的迅速，发展，使电器传动发生了重大变革，即交流调速传动迅猛发展，电器传动交流化的新时代已经到来。

交流电动机与直流电动机相比，有结够简单、牢固、成本低廉等许多点，缺点是调速困难、现在，借助电力电子技术以解决了交流电动机调速问题，交流电动机调速传动已占主导地位。据日本早年统计，1975年交流电动机调速与直流电动机调速之比是1 ：3，而到了1985年成了3 ：1。近10多年来发展更快。20世纪末，在工业发达国家，交流调速已占主导地位。

纵观交流电动机调速传动发展的过程，大致是沿着三个方向发展的：一个是取代直流调速实现少维修、省力化为目标的高性能交流调速；另一个是以节能为目的的，改恒速为调速，用于交流电气传动中的变频器实际上是变压（Variable Voltage，简称 VV） 变频（Variable Frequency 简称VF） 器，即VVVF.正弦波PWM法（SPWM）是为了克服等脉宽PWM法的缺点而发展来的.它从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频调压的三相对称正弦波电源。

直流可以认为是频率为零的交流，由直流变为定频定压或调率调压交流电的变频器，称为逆变器。

将整流电路、逆变器电路、检测电路、保护电路等集成于一体的功率集成电路（Power Integrated Circute ，简称PIC） 等。

二、步进电动机PWM控制信号生成方法

现代步进电动机控制电路有两种类型，一类是适用于个人计算机（PC）控制的，指令及控制信号通过串行接口传送，也可以通过计算机下装程序后脱机运行.这类控制电路称为I/O主控制器.另一类适用于可编程序控制器（PLC）或单片机控制、指令和数据是通过并行口传输的.这类控制电路称为定位主控制器。

I/O主控制器由CPU及外围电路够成，本身就是一台计算机，与PC联机，可以使用高级语言编程及调试，进行实时的操作，有的其内部设有EEPROM，并设有有关程序控制指令，一旦将程序装入，可以脱机运行，使系统成本降低。

定位主控制器与通用PLC、单片机够成系统，用于定位点数较少的应用场合，适用于简单、重复性大的工作。

三、工厂使用通用变频器

近几年来，通用变频器在国民经济各部门得到了迅速的推广应用。应用的领域，如果按照负载的种类来分，有如下各类：

（一）风力水力机械类。

1、冷却塔冷却水温度控制，用温度传感器检测出冷却水温度，用以控制冷却风扇的转速（变频调速），使冷却水温自动地保持一定，可节电和降低噪声。

2、制冰机鼓风量控制，在制冰过程中，为了使冰中不要有气泡，以便制出透明冰块，就要改变冷风的风量：在冷冻初期，加大冷风量；而在冷冻的中期和后期，将冷风量将到50%以下，使冰块透明。

3、工厂操作台有害气体排气风机的控制，当一个操作台上有人正在操作，有害气体放出时，操作台上方抽风风道的阀门即打开，同时送出一个调频信号。根据风道阀门开闭的多少调节抽风机的转速。这样既可充分地排出有害气体，又可节能；同时也避免了因风道阀门闭合，使抽风机转速不变而产生的刺耳的尖噪声。

4、水塔水位自动控制，检测水箱水位的高低，调节扬水泵的转速，使水位保持一定。这样既可以防止水箱内的水水箱溢出，又可防止枯水，同时又可以节电。

（二）工作机械类。

1、平面磨床，用变频器驱动平面磨床的磨头电动机。在研磨超硬质材料时，必须高速研磨。这时使用专用高速电动机，要求变频器的输出频率达一百至数百赫兹。使用变频器不但可以方便地获得可调的高速，而且可以提高加工精度。

2、冲压机，传统的冲压机电动机为直流电动机或滑差电动机。改为标准的交流电动机，由变频器驱动后，不但可根据冲压材料的材质、板厚和加工内容，任意地调节冲压速度，而且安全、节电。

3、机床工作台走行装置， 机床工作台走行装置原由变极电动机驱动。改用普通电动机， 由变频器驱动后，可平滑地调速，使操作性能提高，并且使电动机小型化、轻量化。

4、起重机运行小车电动机的控制， 起重机 （行车） 运行小车电动机改用变频器供电驱动后，可平稳地起动和停车，避免因起动和突停造成起吊重物的摆动；可低速移动，使起吊重物正确地定位，同时可降低噪声，电梯也是。.

其它，还有车床、铣床的驱动、离心分离机的驱动、污水处理机械的驱动等等。

四、工厂使用通用变频器的好处

通用变频器之所以得到广泛的应用，究其原因，主要是因为使用变频器后，可以达到以下几个目的：

1、节能：对于风机、泵类等机械，需要按所要求的流量调节电动机转速的，以及对于挤出使用变频器调速机、搅拌机等需要按负载状态调节电动机转速的， 使用变频器后，可以节电节能。可节电49% 。

2、实现自动化：可以提高搬运机械的停车精度；可提高流水线调速控制的精度；加反馈控制环节以控制流量，可实现流量控制的自动化等。

3、提高产品质量：在产品制造业中，使用变频器调速可实现最合适的作业线速度控制， 在加工工业中，使用变频器调速可实现最合适的加工速度等，由此而使产品质量提高。

4、使设备小型化：转速越高，则机械的体积也越小。所以使用变频器调速，提高设备的转速，可使设备小型化，由于软起动、软停止，冲击减小，可削减机械设备的设计裕量，从而也可实现设备的小型化。

5、延长设备的使用寿命：使用变频器可使电动机软起动、软停止，避免对机械的冲击，可以延长设备的使用寿命。

6、降低噪音，：按负载的大小调节转速，可以降低机械和风机等的噪声。

7、提高环境的舒适性：在电梯、电动车上采用变频器调速，可以改善加速与减速的平滑性，从而可提高乘坐的舒适感。□

（作者单位：江苏北方湖光光电有限公司）