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下面介绍SPWM逆变器工作原理。 一、SPWM逆变器工作原理
所谓正弦波脉宽调制（SPWM）就是把正弦波等效为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。 等效的原则冲量等效原则：如果把一个正弦半波分作n等分（图中n=12），然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替。这样，由n个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦半周等效，称作SPWM波形。
上图的一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形，用该信号驱动相应开关器件的信号，则变频器输出就可到与上图形状相似的一系列脉冲波形。
SPWM脉冲波的获得： ①计算法，
②调制法，用等腰三角波作为载波，当它与任何一个光滑的曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数的矩形脉冲，这正是SPWM所需要的结果。
（一）工作原理
SPWM技术可用等腰三角波电压作为载波信号，正弦波电压作为调制信号，通过正弦波电压 与三角波电压信号相比较的方法，确定各分段矩形脉冲的宽度。可获得脉宽正比于正弦波等幅等距的矩形脉冲列。该信号用于逆变器电子开关的开通与关断控制时，逆变器输出就是SPWM逆变器。
下图是全控型三相桥SPWM变频器的主电路， 特点：①三相整流电压Us给逆变器供电。
②控制电路，由号发生器提供正弦调制
波ura、urb、urc，其频率可调，决定逆变器输出的基波频率，其幅值也可调，决定输出电压的大小。三角波载波信号ut是公用的，分别与每相参考电压比较后，产生SPWM脉冲序列波uda、udb、udc，作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。
单极式调制和双极式调制：
单极式调制：正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断，例如A相VT1反复通断，下图表示这时的调制情况。
双极性调制：载波正、负两个极性，逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，处于互补的工作方式。 经计算表明，这种SPWM逆变器能够有效地抑制次
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k?2N?1以下的低次谐波，但存在高次谐波电压，不过其幅值已很小。
PWM调制方法：
异步调制 同步调制 分段同步调制 混合调制
U d 2 + C O' VV1 A VD1 V 3VVD3 V 5VVD5 N VD2 U d 2 + C B VD4 VD6 C V V4 VV V 26V 三相桥式PWM逆变器主电路原理图 说明：调制的实现方法：请同学们分析，引导学生用计算机软件来实现。
§6-5 异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性
目的、教学要求：掌握分析不同的电压-频率协调控制方式的机械特性的方法 重点、难点：U1主要内容：U1ur A ur B ur C ut 调制 电路 ?1=恒值时、恒Er?1控制、恒Eg?1控制时机械特性推导方法
?1=恒值时机械特性推导、恒Er?1控制、恒Eg?1控制时机械特性推导
?1、恒Eg?1、恒Er?1三种控制方式的特点。
思考： 1. 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？
2. 总结恒U1教学设计：以恒压频比控制方式为主黑板上详细讲解，总结分析方法，恒Eg制指导学生自学，并由学生来总结三种控制方式的特点。
?1控制、恒Er?1控
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具有代表性的电压、频率协调运行方式有：恒压频比运行、恒气隙磁通运行、恒转子磁通运行和恒电压运行。其中，前三种运行方式都是以改善转矩特性为出发点的，适用于基频以下的调速情况，第四种运行方式适合于基频以上的调速情况。
下面我们将通过异步电机磁路分析，得到磁通与感应电势的关系。
定子电势和转子电势：定子全磁通（用?s表示）和转子全磁通（用?r表示）感应的电势，分别用Es和Er表示。
转子电势是气隙电势与转子漏电势之和。这些电势表示在等值电路中，如下图所示。
上述各类磁通与它们产生的感应电势之间存在下列关系
E?2Es?s?KNN1ω1ω1?Eg?2Eg?
?m???KNN1ω1ω1?Er?2Er??r??KNN1ω1ω1???s?可见，为了了保持恒气隙磁通和恒转子磁通运行，可以通过保持Eg和Er恒定来实现，本节对
?1?1这两种运行方式的讨论正是以这一条件为出发点的。
一、恒压恒频时异步电动机的机械特性 根据电机学原理，做下述假定条件下：
a) 忽略空间和时间谐波（2）忽略磁饱和（3）忽略铁损 异步电动机的稳态等效电路如右图所示，在合理假设的基础上详细解释各参量的含义。
'I2?U1(R1?C1R2)??2(Ll1?C1L'l2)2s'2
式中 C1?1?R1?j?1Ll1L?1?l1。
j?1LmLm在一般情况下，Lm??Ll1，则C≈1，这相当于将上述假定条件的第（3）条改为忽略铁损和励磁电流。这样电流公式可简化成
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'I1?I2?U1(R1?R2)??12(Ll1?L'l2)2s'2
'2'令 电磁功率Pm?3(I2)R2s，
同步机械角转速Pm??1??1np， 则异步电动机的电磁转矩为
'Pm3np'R2Te??I2??1ω1s'3npU12R2/s??R22ω1?(R1?)?ω1(Ll1?L'l2)2?s??'2
可改写为如下形式
'U12sω1R2 Te?3np()'22ω1(sR1?R2)?s2ω1(Ll1?L'l2)2当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
Te?3np(U12sω1)?s 'ω1R2即s很小时，转矩近似与s成正比，机械特性
Te?f(t)是一直线，见下图。
'如图所示。当s接近于1时，可忽略式（6-9）中分母中的R2，则 'U12ω1R21 Te?3np()?22'2ω1sR1?ω1(Ll1?Ll2)s??即s接近1时转矩近似与s成反比，这时，Te?f(t)是对称于原点的一段双曲线。 二、
电压、频率协调控制下的机械特性
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异步电动机带负载TL稳定运行时，可得
's?1R2 TL?3np()'2?1(sR1?R2)?s2?12(Ll1?L'l2)2U12（一）恒压频比控制（U1根据感应电机的转速公式
?1=恒值）
n?60f160f160(1?s)??f1snpnpnp60ω160?sω12πnp2πnp
?空载转速
n0?因此，带负载时的转速降落为
60?1 （r/min） 2?np?n?60s?1 （r/min） 2?np在式（6-10）所表示的机械特性的近似直线段上，可以导出
'R2Te s?1?
U123np()?1由此可见，当U1?1为恒值时，对于同一转矩Te，s?1是基本不变的，因而?n也是基本不变
的，这就是说，在恒压频比条件下改变频率时，机械特性基本上是平行下移的，他们和直流他激电机变压调速时特性的变化情况相似，所不同的是，当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。而且频率越低时，最大转矩越小。
将转矩公式对s求导，并令dTe/ds?0 ，可得U1随角频率?1的变化关系为
?1为恒值时最大转矩Temax和临界转差率s
Temax3?U1?1??np? ??22?ω1?R?R1?'21????(L?L)l1l2?ω?ω1?1?'R22sm?R?ω(L1l?L)'121'2l
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可见Temax时随着?1的降低而减小的。频率很低时，Temax太小将限制调速系统的带载能力，这是恒压频比运行方式存在的一个突出问题，必须设法解决。可以采用定子压降补偿，适当地提高电压U1，可以增强带载能力，见下图。 总结分析机械特性的思路，引导学生分析恒
Eg?1控制与恒Er?1控制。
（二）恒Eg?1控制
?1控制时的机械特性
Eg下面推导Eg由等效电路中可以看出
I?'2'?R2?2'2????Ll21?s???2
代入电磁转矩基本关系式，得
Te?3np2Eg2'2????Ll21?s????1?R'?22'?EgR2?3np???s?1'?s?1R2??R'?s2?2L'2
1l2?22利用和以前一样的分析方法，当s很小时，可忽略上式分母中含s项，则
2?EgTe?3np??ω?1?sω1??R'?s
2?2'这表明机械特性的这一段可近似为一条直线，当接近1时可忽略式分母中的R2项则
?EgTe?3np????1'?R21?∝ ?s?L's1l2?2这时的机械特性是一段双曲线。
将上式对s求导，并令dTeds?0，可得Eg?1控制发生最大转矩时的转差率，
'R2 sm?'?1Ll2最大转矩与气隙磁通的平方成正比 2和最大转矩
Temax3?Eg?np?2???1?1??L' ?l244
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统精讲
