数字控制的SPWM变压变频调速系统

    随着电力电子和计算机控制技术的蓬勃发展，越来越多的变压变频调速系统采用了数字控制，而晶闸管变压变频装置已逐步让位给全控型电力电子器件的SPWM变频器，只有在数兆伏安的大型装置中还为晶闸管留有一席之地。但即使在这个领域中，普通晶闸管也不断受到GTO和大功率IGBT的排挤。目前由IGBT组成的SPWM通用变频器已经占领了0.5～500kVA中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。所谓“通用”，包含着两方面的含义：一是可以和通用的笼型异步电动机配套应用；二是具有多种可供选择的功能，可适应各种不同性质的负载。

    图3-7给出了一种典型的数字控制IGBT-SPWM变频调速系统构成原理图。它包括主电路、驱动电路、控制电路、保护信号采集与综合电路，图中未绘出吸收电路和其他辅助电路。

   SPWM变频调速系统的主电路由不可控整流器UR、SPWM速变器UI和滤波器C组成。由于C的电容量较大，起动时会产生巨大充电电流，容易损坏整流二极管。为了限制充电电流应串人限流电阻R0，运行时则将R0短路。图中Rb和晶闸管Vb是用于能耗制动的环节，制动强度可通过流过Rb电流的大小进行控制。图中单片机环节主要采用8位或16位的单片机、32位的DSP，近年也有应用RISC的产品出现。SPWM信号可以由微机本身用软件实时计算或用查表法生成，也可采用专用的SPWM集成电路芯片产生。

    二极管整流器虽然是全波整流装置，但由于其输出端存在滤波电容，只有当交流电压峰值超过电容电压时，整流电路才有充电电流流通，交流电压低于电容电压时，电流便立即中止，因此，输入电流呈脉冲波形。这样的电流波形有较大的谐波分量，使电源受到污染。为了抑制谐波电流，对于容量较大的SPWM变频器，都应在输入端设进线电抗器Lin。

    图3-7    IGBT-SPWM变频调速系统构成原理图

    现代SPWM变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是接收各种设定信息和指令，冉根据它们的要求形成驱动逆变器工作的SPWM信号。

    需要设定的信息主要有V/f曲线、T作频率、频率上升时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用SPWM变频器采用频率或转速开环控制系统，低频或负载的性质和大小不同时，都需要通过改变V/f函数发生器的特性来补偿，使系统达到Eg/f恒定。这种补偿在通用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。实现电压补偿的方法主要有两种：一种是在微机中存储多条不同折线段和斜率的V/f函数，由用户根据需要选择最佳特性；另一种办法是采用电流霍尔传感器检测定子电流或直流回路电流，然后按电流大小自动补偿定子电压。但无沦如何都存在过补偿或欠补偿的可能，这是开环控制系统的不足之处。

    由于系统本身没有自动限制起、制动电流的作用，因此，频率设定信号必须通过给定积分算法产生平缓的控制作用，升速和降速的积分时间可以根据负载需要由操作人员分别选择。

    综上所述，SPWM变压变频器的基本控制作用如图3-8所示。近年来，许多企业不断推出具有更多自动控制功能的变频器，使产品性能更加完善，质量不断提高。

    图3-8    SPWM变压变频器的基本控制作用图