【導(dǎo)讀】PWM 脈寬調(diào)制的基本原理，是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)逆變回路中正極輸出側(cè)與電機(jī)某一相連接的一個(gè)開(kāi)關(guān)（如上圖右側(cè)上方）閉合時(shí)，那么相應(yīng)的，電機(jī)在該相的電壓也就為正，而如果與此同時(shí)，逆變回路中負(fù)極輸出側(cè)與電機(jī)另一相連接的一個(gè)開(kāi)關(guān)（如上圖右側(cè)下方）與之同步閉合，那么電機(jī)此相的電壓也就為負(fù)，并且電機(jī)兩相之間會(huì)因此而導(dǎo)通產(chǎn)生電流。這樣，通過(guò)順序切換逆變回路中正負(fù)極上的多對(duì)開(kāi)關(guān)，我們就可以任意切換電機(jī)上各相輸出的正負(fù)極性，并通過(guò)調(diào)整這些開(kāi)關(guān)通斷時(shí)間間隔的變化，讓其輸出產(chǎn)生出我們想要的任何頻率特性。
需要注意的是，變頻器的逆變輸出其實(shí)是高頻的等幅脈沖方波，而不是真正的正余弦波，我們只是以等效方式將其視為正余弦波。這對(duì)于通用配電系統(tǒng)，并不是一個(gè)好的選擇，但對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)卻是非常合適的。正如前文所述，通過(guò)調(diào)整逆變器輸出電流的頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的靈活控制。
不過(guò)，在實(shí)際的電機(jī)應(yīng)用中，為了應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)載變化，我們還經(jīng)常需要去控制和調(diào)節(jié)電機(jī)輸入端的電壓。例如：如果需要將電機(jī)頻率從 60Hz 降低到 30 Hz，那么只需調(diào)慢逆變器各輸出晶體管之間的接通時(shí)間間隔即可；但是，當(dāng)輸出頻率降低到原來(lái)的一半以后，為了保持相同的電壓/頻率（V/Hz）比值，我們?cè)撊绾卧谥绷髂妇€電壓始終為 650VDC 的情況下，將輸出電壓也從原來(lái)的 480V 降到 240V 呢？
想象一下，在流體管道系統(tǒng)中，我們其實(shí)是可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)的高速開(kāi)閉與其打開(kāi)的時(shí)長(zhǎng)來(lái)控制管路中的流體壓力的。盡管在管道系統(tǒng)中這個(gè)方法貌似并不怎么實(shí)用，但它對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)效果卻非常之好。只要按一定的規(guī)則對(duì)各方波脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可改變逆變電路輸出電壓的大小。打個(gè)比方，如果在輸出為正的前半個(gè)周期中，讓電壓為 480V 和為 0V 的時(shí)間各占一半，那么其等效電壓即是 480V 的一半，也就是 240V；同樣的道理，我們就可以在變頻器的輸出上實(shí)現(xiàn)任何等效電壓；而如果能夠讓逆變電路正向半個(gè)周期中產(chǎn)生的多個(gè)脈沖等值電壓呈正弦波形，那么所獲得的輸出將更為平滑且低次諧波更少。
形狀不同而沖量相同的脈沖波形
在這其中最重要的原理就是面積等效，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量，是指窄脈沖的面積；效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同，低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。
目前逆變環(huán)節(jié)使用的功率器件主要是 IGBT（Insulated GateBipolar Transistor - 絕緣柵雙極性晶體管），由 BJT（雙極型三極管）和 MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，同時(shí)具有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點(diǎn)。GTR 具有飽和壓降低，載流密度大的優(yōu)點(diǎn)，但是驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET 具有驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是導(dǎo)通壓降大，載流密度小。而 IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小且飽和壓降低。正因?yàn)榫哂幸陨蟽?yōu)點(diǎn)，IGBT 模塊被用作變頻器逆變電路的開(kāi)關(guān)器件。主控電路通過(guò)控制 V1-V6 這 6 個(gè) IGBT 的開(kāi)通與閉合，達(dá)到控制輸出側(cè) UVW 三相電路的 PWM 波形的效果，等效為電壓、頻率可控的三相交變電壓。
絮絮叨叨了這么多，我們不禁要提出這樣的疑問(wèn)，為什么變頻器一定要把交流電通過(guò)二極管或可控硅整流成直流電然后才能逆變?yōu)榻涣麟娔兀繛槭裁床荒苤苯訉⒔涣麟娡ㄟ^(guò)某種裝置直接變換為頻率/電壓可調(diào)整的交流電呢？
當(dāng)然是可以的，目前已經(jīng)進(jìn)入商用市場(chǎng)的安川 U1000 系列矩陣式變頻器就是“交-交“變頻器，省去了中間直流變換過(guò)程。只是，事物都有兩面性，交交轉(zhuǎn)換功率器件目前代價(jià)非常高，因此，作為當(dāng)今市場(chǎng)上唯一一款商用“交交”變頻器，安川的 U1000 矩陣式變頻器在市場(chǎng)上有點(diǎn)曲高和寡，處于叫好不叫座的境地。
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