变频器PWM技术的面积等效控制原理

    PWM技术的理论基础是采样控制理论中的一个重要结论，即面积等效控制原理：面积相等而形状不同的窄脉冲，分别加在具有惯性环节的输入端（电感在电路中为’惯性元件，电动机的一次绕组含有电感），其输出响应效果基本相同。也就是说尽管脉冲形状不同，但只要脉冲的面积相等，把它们分别加在具有相同惯性的同一环节上，其作用的效果基本相同。图2-7中的3个窄脉冲，其形状不同，但面积相等，当它们分别加到同一惯性环节上，其输出响应是相同的。

    图2-7    面积相等形状不同的3个窄脉冲

    下面来分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦波。如图2-8所示，将一个正弦半波电压分为Ⅳ等份（见图2-8a），并把正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应正弦等份的中点重合，得到如图2-8b所示的脉冲序列，这就是PWM波。正弦波的另外半波也用同样的方法来等效，就可以得到与正弦波等效的脉宽调制波，又称为SPWM波。

   SPWM波在变频电路中被广泛采用。根据采样控制理论，N值越高（即脉冲频率越高），SPWM越接近正弦波，但脉冲频率一方面受变频器中开关器件工作频率的限制，另一方面频率太高，电磁干扰增大，会带来一些新的问题。

    实际应用中，常用调制方法形成SPWM波，即把所希望生成的正弦波作为调制波ur，把接受调制的信号作为载波uT。载波uT采用等腰三角波或锯齿波，调制波ur为正弦信号，利用载波和调制波相比较的方式来确定脉宽和间隔。按照调制脉冲的极性关系，PWM逆变电路的控制方式分为：单极性控制和双极性控制。下面以单相桥式SPWM逆变电路(见图2-9)为例，分析这两种控制方式的原理。

    图2-8    SPWM原理

    图2-9    单相桥式SPWM逆变电路

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