PWM变频原理

驱动交流异步电机的理想交流电应为三相正弦波。为了获得正弦输出电压，可把期望的一个正弦半波分成N等分，把正弦曲线每一等分对应的面积用一个面积与其相等的等幅脉冲来代替，如图6-43a)所示。这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦半波等效，而另外半波也可用同样办法等效。N值越大，其输出电压就越接近于正弦波。图6-43b)的脉冲序列即为逆变器的输出。因各脉冲的幅值相等，逆变器可由恒定的直流电源供电，所以采用不可控整流器，而逆变器输出脉冲的幅值即为整流器的输出电压。当逆变器各功率开关元件在理想状态下工作时，则驱动相应开关元件的控制信号也应为与图6-43b)相似形状的一系列脉冲。

　　理论上讲驱动脉冲波形的宽度可用计算方法获得，以作为控制逆变器中各开关元件通断的依据。但较为实用的办法是利用调制技术，以所期望的正弦波作为调制波，而对它进行调制的信号称为载波，通常用等腰三角波调制方法来确定各分段矩形脉冲的宽度。由于等腰三角波是上下宽度线性对称变化的波形，以它作为调制的载波信号，当它与任何一个光滑的曲线相交时，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。取正弦波作为控制信号，它与三角载波相比较后所得到的即是一组宽度按正弦规律变化的矩形脉冲，这种调制方式称为正弦脉宽调制，简称SPWM。

　　图6-46所示为由MOSFET功率开关元件组成的PWM逆变器的主电路，其中VD1～VD6为反馈二极管。图6-47是为VT1～VT6提供驱动信号的原理框图，uc输出一定幅值与频率的三角波作为载波信号；ura、urb、urc为三相正弦调制波（参考电压），它们与uc进行比较、放大后产生控制信号。改变参考电压的幅值与频率，即可调节逆变器输出的电压与频率。

　　

　　为保证三相输出电压对称，应使fc/fr＝3n(fc为载波频率，fr为调制波频率，n为正整数)，图6-48中示出了n＝2时VT1的信号Ug1。同理可画出urb、urc与uc的交点以得出Ug3、Ug5的驱动信号。在调制波的负半周，可相应得到Ug4、Ug6、Ug2的信号。