隨機PWM控制策略及其在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應用分析

曲明東 張毅

【摘要】PWM，指的是脈寬調(diào)制，它是通過對微處理器其中的數(shù)字輸出功能的利用用來對模擬電路進行控制的一種具有顯著成效的技術(shù)，它被廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。本文講述了變頻調(diào)速系統(tǒng)的一些工作的原理及方法，針對使用了PWM控制策略的變頻器在調(diào)速系統(tǒng)中的具體工作原理，并對PWM控制策略及其在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應用做出了簡要的分析，并實際證明了在隨機PWM控制策略下變頻調(diào)速系統(tǒng)所表現(xiàn)出的良好性能。

【關(guān)鍵詞】PWM控制策略;變頻器;調(diào)速系統(tǒng)

在二十一世紀快速發(fā)展的今天，能源對于一個國家的重要性不言而喻，對于中國來說，能源緊缺也是我們所不得不面臨的一個棘手的問題，我們是一個追求可持續(xù)發(fā)展的國家，而想要達到可持續(xù)發(fā)展的目的，我們必須要把節(jié)約能源、利用好能源放在重中之重，然而我國目前的現(xiàn)狀仍然是能源緊缺、能源浪費，其中電機及相關(guān)設備的用電量占據(jù)了最大的比重，我國的電機及相關(guān)設備的用電能耗量占全國總體用電量的一半還多，由于技術(shù)條件或者一些其他的客觀因素導致我國每年有近四成的電是浪費掉了的，因此，提高電機相關(guān)系統(tǒng)的工作率對我國是有著非常重要的意義的。

在我國的工業(yè)相關(guān)系統(tǒng)中，PWM控制策略占了很大的一部分，然而它的缺點及不良影響隨著時間的推移也慢慢開始顯露出來了，但PWM變頻技術(shù)在我國使用的范圍已經(jīng)越來越廣了，甚至在一些特殊的行業(yè)，你只能選擇使用PWM變頻技術(shù)這種方式，別無他法，因此對隨機PWM控制策略在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應用進行分析是非常有必要的。

一、隨機PWM控制策略的基本原理

自從80年代以來，調(diào)速系統(tǒng)對于電流以及電壓的輸出而產(chǎn)生的不良影響開始逐漸暴露出來，比如一些噪音問題及電磁的干擾問題，對人們的生活產(chǎn)生了極大的影響，但傳統(tǒng)的PWM策略所帶來的噪音及其他問題又是不可避免的，要想徹底擺脫這樣的問題，必須使用一種全新的、即隨機PWM控制策略。利用其對信號進行處理、使其能夠均勻分布，這樣來達到減少噪音及相關(guān)問題。

眾所周知，在以往傳統(tǒng)的PWM驅(qū)動系統(tǒng)中，設計者希望通過用改變電力電子元件的占空比的辦法來實現(xiàn)對逆變器輸出電壓中的各個參數(shù)的具體控制，進而精確控制電機的轉(zhuǎn)速或者所在位置。雖然占空比與電力電子元件的導通位置和開關(guān)頻率是沒有什么關(guān)聯(lián)的，然而這兩者的變化對輸出電信號頻譜分布的影響還是非常大的。因此，我們應該保證能做到利用PWM隨機控制策略，使元件的導通位置、開關(guān)頻率按照一些隨機的過程產(chǎn)生相應的改變，從而使驅(qū)動器輸出信號能夠在一個連續(xù)的寬頻帶內(nèi)以均勻的方式展現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)抑制噪音及其他問題的功能，這大體就是隨機PWM控制策略的一個基本的原理方式。

二、傳統(tǒng)PWM控制技術(shù)及其設計

自從電源變革以來，PWM技術(shù)就牢牢樹立了它的統(tǒng)治地位，無論是在變流器還是變頻器，它都可以完全適用，之所以出現(xiàn)這樣的局面是因為PWM技術(shù)的能源利用效率較高，它的一個卓越的能力在于可以實現(xiàn)變頻以及變壓，這才導致了其在電力相關(guān)行業(yè)的應用十分廣泛，但隨著中國進入工業(yè)時代，對傳統(tǒng)電機的要求及功能也變得越來越嚴格，因此隨機PWM控制策略隨之應運而生。

三、隨機PWM控制策略在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的優(yōu)點及相關(guān)結(jié)論

PWM之所以在電機設備中如此流行得益于其在變頻調(diào)速系統(tǒng)中有著無可比擬的好處，首先，它從處理器到被控制的系統(tǒng)中所有的信號形式都是數(shù)字化的，一個優(yōu)點在于我們在進行數(shù)模轉(zhuǎn)換的時候，可以把傳遞時帶來的噪音給降到最低，這大大減少了對人們生活的影響。另外，PWM控制策略與傳統(tǒng)模擬控制而言，其對噪聲噪音的抵抗能力大大加強，它的這一特性也導致了在某些時候、有些企業(yè)會把PwM控制策略技術(shù)應用于通信及其相關(guān)方面。

PWM控制策略與以往不同的是它可以實現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點，由于它的這一性質(zhì)及特點，也導致在某些交流傳動以及一些能量變化的系統(tǒng)中也得到了很大程度上的應用，從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM信號以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實時在線的PWM信號輸出，可以說直到目前為止，PWM在各種應用場合仍在主導地位，并一直是人們研究的熱點。

隨機PWM控制策略能夠使得逆變器的輸出電壓變得均勻?qū)挿?，隨機PWM控制策略對于逆變器的輸出電壓而言能夠做到對其很好的抑制，根據(jù)這種方式從而減少對逆變器的輸出電壓的不良作用。對于死區(qū)時間而言，它的設置對傳統(tǒng)PWM的輸出電壓有影響但不是絕對性的，而且設置死區(qū)并不會增加新層次的諧波，而使用隨機PWM控制策略能夠減少死區(qū)的一些不良作用。隨機PWM控制策略在減少傳統(tǒng)PWM的高次諧波上有著表現(xiàn)良好的作用，此外，隨機PWM控制策略對于死區(qū)產(chǎn)生的電壓效果也會起著一定程度的補償效果。

綜上所訴，隨著社會的不斷發(fā)展及電力設備的不斷更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的PWM控制技術(shù)已經(jīng)慢慢都要被淘汰了，而新產(chǎn)生的隨機PWM控制策略的應運而生為電力及其相關(guān)設備提供了一個新的技術(shù)，盡管它產(chǎn)生的問題也不斷變的越來越多，但是，我國的國情以及經(jīng)濟發(fā)展的目前現(xiàn)狀決定了我們對于隨機PWM控制策略還是有一定的依賴性的，特別是進入二十一世紀以來，能源的浪費和緊缺問題深深困擾著我國的發(fā)展，在這種情況下，電機能耗、電力設備損耗幾乎是罪魁禍首，如此之大的用電量當中又有很多的電量被白白的浪費掉，因此解決能源浪費和緊缺、改善電機機的能耗、電力設備的損耗是我們目前必須要做的工作，而如果想做到上述目標，那么我們必須依靠隨機PWM控制策略的相關(guān)技術(shù)，其在頻調(diào)速系統(tǒng)中有著得天獨厚的優(yōu)勢條件，因此需要我們不斷研究隨機PWM控制策略相關(guān)技術(shù)、不斷提高隨機PWM控制策略及其在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應用。