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SPWM稳频稳压逆变电源
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2009-09-01
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介绍了SPWM稳频稳压逆变电源的设计方案,重点分析了其测量系统,该电源设备通过取样电机实际响应电压Vpwm,解决了SPWM脉宽调制式变频器与电机的匹配问题。 关键词:逆变器;负载匹配;稳频稳压;测量系统
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SPWM 稳频稳压逆变电源
摘要:介绍了 SPWM 稳频稳压逆变电源的设计方案,重点分析了其测量系统,该电源设备
通过取样电机实际响应电压 Vpwm,解决了 SPWM 脉宽调制式变频器与电机的匹配问题。
关键词:逆变器;负载匹配;稳频稳压;测量系统
引言
近年来,变频器与变频电机组成的拖动系统在生产中发挥着重要的作用。然而在使用中经
常发现变频器与变频电机不能很好地匹配,这个问题严重困扰着变频器及变频电机的生产厂
家。因此有必要研发 SPWM 稳频稳压电源,使电源频率可调范围为 0~500Hz,电压可调范围为
0~420V(基波)。且能显示电机实际响应的 SPWM 波的电压(Vpwm)、电流、频率和功率等。这
样,变频器的生产厂家就可以该电源为标准,测量出与之配套的变频电机真实使用的电压值、
电流值、频率值,来调校变频器的矢量控制参数或 v/f 控制参数。而电机生产厂家也可根据该
标准电源来调整电机的参数,使其与变频器匹配。
1 工作原理及测量系统分析
如图 1 所示,SPWM 稳频稳压电源主电路与市面上成熟的 SPWM 逆变电源类似。当交流电机
和一个脉宽调制变频器一起被用于变频调速时,设计 Vpwm 是为了测量交流电机有效电压。这
种类型的变频器首先从交流源产生一个直流电压 E,被称为直流链电压。然后利用电力电子变
换技术,采用脉宽调制来变换直流链电压,可以得到一个三相电源系统,例如:通过 IGBT 在
数 ms 内将直流电压开关数百次,来创建频率可调的三相电压。然而输出电压并不是正弦波,
而是一个恒幅值的高频斩波波形,如图 2 所示。这种电压被送给电机,由于电机是一个大的感
性负载,主要对电源电压低频部分作出响应,故电流波形仅具有少量的高频成分,近似为一个
正弦波。对于系统设计者和使用者,能够测量出电机实际接收到的电压 Vpwm,检查电机的矢量
参数或 v/f 是否超出范围是非常重要的。如果长时间超出电机的标称 v/f 值(例如,电机在高
频、低速下运转),电机将会发热,甚至损坏,而产生严重后果。然而需要注意的是,用电压
表测量该斩波波形的电压是有效值 Vrms,而电机响应的实际有效电压 Vpwm 与图 2 的脉宽调制
波的有效值 Vrms 之间存在非常大的误差。例如某系统,当 Vpwm=144V 时,Vrms=192V,误差率
为(192-144)/144=33.3%
采样经检测系统将数据送给控制系统。控制系统通过计算基频的整个周期的绝对平均电压
的有效值即均方根值检测出 VPWM。
例如,当载波比 N=ωc/ωs 取 3 的奇整倍数时,线电压 uab 的傅立叶级数表达式为
式中:M 为调制度;
m 与 n 分别为相对于载波和调制波的谐波次数;
ωc,ωs 分别为载波和调制波的角频率。
同样可推导出线电压 ubc 及 uca 的方程式。显然幅值很高的载波成分被消除掉了;载波谐
波也被消除;它们的上下边频中的零序谐波成分也不存在了;上式中 sin 是消除m和n的同时
为偶数或同时为奇数时的那些项。表 1 为 uab 中谐波的通用值。
表 1 uab 中谐波的通用值
图 3 所示的是在信号中存在高频成分时谐波和基波相迭加的情景。谐波的次数越高对平均
值的影响越小。
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独孤流星
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