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隨著工業自動化的快速發展，變頻器作為一種重要的電氣控制元件，已廣泛應用於各種機械裝置中。 在變頻器控制系統中，PWM技術是一種常用的調節方法，它可以通過改變脈衝寬度來控制輸出電壓和頻率，實現恆轉矩、恆功率和變頻控制等多種功能。 那麼，如何在逆變器控制中使用PWM技術進行調節呢？ 讓我們詳細討論一下。
電機控制的挑戰
脈寬調變 （PWM） 是從數字源建立模擬訊號的常用策略。 當嘗試從分立電晶體控制的電源驅動電機時，這是一種常用方法，該電源不提供特定的可變電流輸出。 變頻器的工作原理是這樣的。
許多控制器輸出利用脈衝導通和關斷訊號策略為負載器件提供有限的電流。 這種脈衝電壓過程允許分立數字輸出驅動模擬器件，但仍然不能產生真正的模擬輸出電壓。
這種方法在電機輸出中尤為常見，其中需要電源來驅動電機負載。 為了以適當的扭矩和速度驅動，必須向電機輸送一定的功率。 該功率是電壓和電流的乘積。 如果電壓下降，功率將受到直接影響，因此我們不能降低電壓，但仍然期望具有移動負載所需的扭矩。 因此，作為一種減速方法，降低電壓是不切實際的。 這個概念實際上只出現在低壓啟動方法的情況下。
為了克服這一挑戰，必須有一種方法來提供完整的電壓和電流，但以某種方式降低電機的驅動速度。 在直流電機中，這可以通過降低驅動轉子中磁場的平均電流來實現，這將決定電刷換向的速度。 脈寬調變 （PWM） 技術可以非常簡單地完成這項任務。
在三相交流電機中，簡單的電壓脈衝不會改變速度，因為為了正常工作，電壓也必須改變極性。 準確地說，它必須在非常特定的頻率下進行，以獲得正確的輸出速度。 這與直流電機不同，直流電機的轉速會自動控制電刷反轉的速度，有點像自動反饋。 另一方面，交流電機必須由外部電源交替使用。
PWM是如何工作的？
為了理解脈動概念的工作原理，必須記住兩個關鍵概念。 首先，恆定的PWM載波頻率控制電壓持續時間的計算。 該頻率必須足夠高，以至於輸出裝置不能隨著每個脈衝而物理開啟和關閉。 如果這樣做，會導致電機脈動，從而造成損壞。 好訊息是電機對施加電流的反應相對較慢，因此PWM載波頻率不必很高，但通常在幾百赫茲到幾千赫茲的範圍內。
作為參考，小型控制器，大多數引腳的PWM載波頻率約為500Hz。 還有一些控制器的載波頻率預設為 4kHz。 對於許多工業驅動器，頻率應與任何已安裝的線路濾波器相匹配。
在這個恆定頻率下，數字直流電壓可以在這段時間內開啟一部分，然後在其餘時間關閉。 例如，載波頻率為1kHz，每個週期的時間為1毫秒。 直流電壓可以開啟 05 毫秒，然後關閉剩餘的 05ms。負載將對驅動器做出短暫的響應，但如果重複這種恆定的開/關模式，則整體響應將恰好是電機最大響應速度的一半。 如果脈衝的“導通”持續時間增加，電機旋轉得越快，直到它最終在整個週期中達到全電壓，這與簡單地提供恆定電壓相同。
導通脈衝持續時間除以總週期時間的比率稱為PWM輸出的“占空比”，以0%-100%的百分比表示。 對於直流電機，恆定的占空比可產生恆定但可精確調節的速度。
變頻器如何控制PWM交流電機？
對於三相交流電機，可以單獨考慮每相輸入。 事實上，每個階段都比前乙個階段延遲。 55ms（3Hz 週期的 3 個週期為 60 毫秒），但每相只是原始 PWM 概念的複製品。
首先，電壓必須交替極性以產生所需的交流波，因此驅動輸出的電晶體以稱為“H 橋”的反向配置連線，允許控制器在適當的時候改變輸出極性以重新生成頻率訊號。
當數字建立的交流波開始時，占空比幾乎為 0%（因此沒有電流），但它開始迅速增加。 當變化率攀公升到100%時，變化率減慢，實際上曲線是一條精確的正弦曲線，就像主線電壓一樣。 占空比本身對應於提供給電機線圈的平均電流，因此我們期望看到線圈的磁場以非常精確的速率變化。
對於慢速旋轉的電機，占空比的增加相對較慢。 一旦達到 100%，占空比將立即開始回落到 0%。 然後極性將翻轉，迴圈將重複。
考慮驅動器PWM輸出的最簡單方法之一是檢視標準交流電壓曲線。 但是，不應將其讀取為“電壓”，而應將其讀取為“占空比”。 由於占空比是以數字方式建立的，因此可以根據需要非常緩慢或快速地建立它們。
不應嘗試以高於銘牌最大頻率的頻率執行電機，PWM載波頻率將高出許多倍。 此外，需要注意的是，較高的載波頻率將產生更多的干擾和電雜訊，但較低的頻率將允許通過每個電晶體的電流量增加，並在每個PWM週期產生更多的熱量。 因此，應注意製造商對載波頻率的建議。
通過不斷優化和改進PWM技術，可以進一步提高變頻系統的穩定性和可靠性，為工業自動化領域的發展注入新的活力。 相信隨著科學技術的不斷進步，PWM技術在變頻器控制中的應用前景將更加廣闊。
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