变频器输出方波电压的技术

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摘要

这个就是PWM技术 

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PWM(pulse width modulation)脉冲宽度调制

就是利用三角波（载波），然后把正弦波（信号波，调制波）调制到这个载波上面。经过这么一调制，就可以得到一个宽窄有规律的方波信号。这个过程就是叫PWM。

如下面图所示：蓝色的三角波，就是载波，红色的正弦波就是信号波。经过如图所示的二者重合后，就通过信号波和载波的交叉点来决定调制后的信号波的宽度和高度。

具体地说：以信号的正半周为例，信号波与载波有一系列的相交点，在相邻相交点之间，如果信号波的信号大于载波，调制的输出信号为1。反之，则输出0。最后就得到了上图中，下面的一系列的红色方波信号。

得到这个信号后，经过放大器放大，信号强度增强。就可以用这个放大的信号去驱动IGBT的栅极。IGBT的栅极就会按这个信号的时序进行关断操作。IGBT的栅极关断，就使得它的CE极跟随这个栅极通断而通断。

结合一个单相的IGBT逆变电路：

在信号的上半周，接到1和4的栅极上，那么R上就会有向下的电流通过。

在信号的下半周，接到2和3的栅极上，那么R上就会有向上的电流通过。

电阻R上的电压和电流的波形和那个调制信号的波形一样。它们频率就和信号波的频率一样。

在《变频器的逆变电路》中，出现的这个波形，就是这么来的。

PWM调制，信号放大，控制1/4，2/3的通断，都要通过电路实现。在我们公司，是有一块电路板。具体的电路板设计，我也不懂。

有了这个PWM技术，载波的频率不变。信号波的频率是可以变的，它决定了输出电压的频率。通过调整信号波的频率，就实现在“变频”。

细心的朋友会说：这个实际的波形照片，与我们仿真出来的那个波形看上去不一样，差得太多。

我的答案是：仿真波形用的载波的频率太低。为了得到一个近似“等效”的正弦波，载波的频率要越高越好。这个也好理解。但这个载波的频率不能太高，太高了，会有其它麻烦。后面再解释。

另外，通过调整信号波的幅度，还可以实现变频器输出电压的“变压”。如下图仿真所示。

下面是一个动态示意图。可以看到，得到的调制波的宽度随着幅度的变化而变化。

这个原理就要从电压的有效值说起。

我们平时说的“220V”电压是正弦波电压的有效值，它的定义：把直流电和交流电分别通过两个相同的电阻器件，如果在交流电的一个周期时间内它们产生的热量相等，那么就把此直流电的电压作为此交流电的有效值。

当我们信号幅度降低时，得到的调制信号的宽度就变窄，这样就降低了电压的有效值。

这个功能的有什么用处呢？

从网上找到一个电机的扭矩公式，显示了电动机的转矩T与什么哪些参数有关系。

我们看到，转矩T与电压的平方成正比，与频率成反比。

如果在变频器开始开机的时候，频率低，扭矩就大，同时，电机内的阻抗也低，导致电机内的电流大，这个容易引起电机过流，烧毁电机，所以要避免。解决的办法就是同时也降低启动时的电压。这个降低电压的办法，就是通过调整信号波的幅度来实现的。

在我们公司，这个调整电压的工作，是通过软件来实现。把软件烧在一个存贮芯片上，安装在控制板上。控制板读取存贮芯片内的内容后，执行软件程序。这样，同一块主板，就可以用在不同的机型上。不同的机型，要用不同的电压，就是烧不同的软件。具体原理呢，我也不懂了。

另外，有的企业，产品销往世界各地，使用的电压规格也不一样，测试时，为了获得这种不同的电压，可以用传统的铁芯变压器实现调压，但也有的单位用变频器当变压器进行调压，这样，它能调的电压就很宽了，档数也多，适用范围很广。

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我也是无意中知道这个“变频调压”实际应用的。

我们的客户，就采用这个变频调压的技术。我们做的产品交给他测试时，如果遇到外国的产品，它的额定电压就不一样，这个时候就要调电压。有一次，我们交出去的产品，在它的测试台测试时，发生了“相序保护器”烧毁的故障。

最初我们以为是相序保护器质量不行。就重新换了一个，上去一测试，马上就烧了。我们就觉得奇怪了，启动柜在家里测试合格，上面的接线什么的都是对的。为什么到了客户的测试台上就烧相序保护器？连烧二个相序保护器就不正常了。

后来，客户测试主管想起来了：可能与他们的电源有关，他们用的是“变频电源”—-利用“变频器”进行调压。为什么“变频电源”就能烧“相序保护器”？后来找到相序保护器厂家，研究发现：供电电源里的“谐波”导致了相序保护器的电路发热过大。解决办法：重新设计“相序保护器”里面的电路。

当时我对变频器不懂，有了这一次的教训，我个人对“变频器变压”技术就有了心里阴影。

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变频技术的出现，是由于微电子行业发展的结果。那些控制电路的实现，有了集成芯片，体积就可以做得很少，可靠性也提高。

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