淺談PWM控制技術在電氣傳動系統(tǒng)的應用

吳東 馬青坡

摘要：無論是針對電氣設備的安裝技術還是調(diào)試技術來說，均會對電力傳輸?shù)馁|量產(chǎn)生直接的影響。所以，行之有效的電氣控制技術應用是充分確保電力系統(tǒng)得以正常運作的有效保障。在電氣傳動系統(tǒng)中，因電機種類的不同，主要分為直流傳動和交流傳動，眾所周知，由于直流傳動系統(tǒng)的電機結構復雜、成本高、故障頻發(fā)、維修保養(yǎng)費用貴等眾多運行缺陷，已經(jīng)逐步被市場所淘汰，交流傳動系統(tǒng)借助GTO（可關斷晶閘管）、BJT或GTR（電力雙極型晶體管）、Power-MOSFET（電力場效應管）、IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）等這些全控型功率元器件的迅猛發(fā)展，已經(jīng)逐步完全取代直流傳動系統(tǒng)，占據(jù)電氣傳動系統(tǒng)的主導地位，這些全控型的晶閘管和晶體管可以通過門極來控制導通和關斷晶閘管或晶體管，并且其開關頻率可以達到非常高，使其輸出的電流、電壓波形可以接近或類似直流傳動系統(tǒng)輸出的波形，在目前的工業(yè)電氣化設備實施中，PWM脈寬調(diào)制技術已經(jīng)廣泛應用于交流傳動系統(tǒng)的整流和逆變、UPS電源系統(tǒng)和各種電源濾波系統(tǒng)和裝置中，并且經(jīng)過更深入的研究和應用。本文主要對PWM控制技術在電氣傳動系統(tǒng)的應用做論述，詳情如下。

關鍵詞：PWM控制技術;電氣傳動系統(tǒng);應用

引言

隨著經(jīng)濟、社會和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電力的需求不斷增加。供電系統(tǒng)的開發(fā)可以實現(xiàn)我國電力系統(tǒng)的高水平供電，以及實現(xiàn)電力技術服務水平和電力工作服務質量的提高。目前PWM控制技術已經(jīng)不僅應用于逆變技術，還廣泛應用于整流回路，在整流回路中采用對全控型功率元器件進行PWM脈寬調(diào)制控制技術，能夠讓電網(wǎng)端的輸入電流波形近似正弦波，同時讓功率因數(shù)接近為1，達到大大降低直至解決整流裝置對電網(wǎng)的諧波污染問題。加上由PWM整流單元和PWM逆變單元組成的電壓型變頻裝置不需要增加任何附加電路和元器件，就能夠控制電能的雙向傳輸，做到真正意義上的四象限運行。

1 ?PWM控制技術基本工作原理

PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)和控制技術就是通過全控型的晶閘管和晶體管進行觸發(fā)控制，在改變頻率的同時對輸出電壓也進行控制。PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)和控制就是利用電氣傳動設備主回路中安裝的全控型功率元件，由控制回路按照需要的規(guī)律來控制全控型功率元件的導通和關斷，從而在電氣傳動設備的輸出側得到一組幅值相同而寬度不同的矩形脈沖波，使其近似等效于我們需要的正弦電壓波形。

2 ?PWM控制技術在電氣傳動系統(tǒng)的應用

2.1線路傳動的調(diào)試線路

PWM控制技術在電氣傳動系統(tǒng)的應用之一是線路傳動的調(diào)試線路。撥動驅動狀態(tài)調(diào)試的主要目的是通過線路撥動儀表調(diào)試檢查各金屬電路的狀態(tài)隔離性能水平，確保電路處于合理狀態(tài)絕緣水平標準也應重點在線控制各金屬線是否接地與否，在線是確保不存在金屬接地故障的良好基礎。來測試一下系統(tǒng)是否需要做回路上電溫度測試。在實際運行中，我們需要使用各種遙感儀器對系統(tǒng)回路溫度進行2-3次測試，以確保系統(tǒng)回路溫度能夠完全達到回路絕緣系統(tǒng)指定的保護級別。絕緣層保護還必須能夠滿足系統(tǒng)規(guī)定的上電標準。在實際調(diào)試和電氣安裝過程中，我們必須按照設計圖紙上的設計要求進行徹底細致的檢查。仔細檢查所有電氣設備的每個主要部件系統(tǒng)，確保所有電氣設備仍能正常工作。按照國家規(guī)定和調(diào)試程序進行安裝。電氣設備安裝調(diào)試的最佳對策。

2.2回路傳動調(diào)試

PWM控制技術在電氣傳動系統(tǒng)的應用之二是回路傳動調(diào)試。在開展調(diào)試工作期間，相關人員應當在切實確保安全的基礎上展開通電實驗調(diào)試，需要進行回路傳動調(diào)試，旨在對所有回路的絕緣地加大檢查力度，以在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并妥善處理金屬接地等相關安全隱患，在實際調(diào)試期間要采取那些質量過關的搖表做好二次檢測工作，旨在保障回路絕緣保護滿足相關要求，保障整個電氣設備安裝的安全可靠。

2.3 ?PWM與移相結合控制DAB變換器回流功率優(yōu)化

PWM控制技術在電氣傳動系統(tǒng)的應用之三是PWM與移相結合控制DAB變換器回流功率優(yōu)化。隨著社會進步，開發(fā)新能源逐漸成為各國的首要戰(zhàn)略目標。雙主動全橋（dual active bridge，DAB）DC/DC變換器（以下簡稱DAB變換器）具有結構對稱、能量雙向流動、電氣隔離、功率密度高以及易于實現(xiàn)軟開關等特點，已在直流配電網(wǎng)、電動汽車、光儲微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等領域得到廣泛的應用。若DAB變換器采用傳統(tǒng)單移相控制策略，則在一個開關周期內(nèi)存在輸入功率為負值現(xiàn)象，即存在回流功率的現(xiàn)象。而回流功率的存在會使得DAB變換器開關損耗增加，最終導致DAB變換器傳輸效率下降。因此，從減小回流功率的角度出發(fā)對DAB變換器的控制策略進行研究具有重要的價值和意義。占空比可變的PWM與移相結合控制策略的優(yōu)點在于通過改變DAB變換器一次側功率開關管的占空比和一、二次側輸出電壓之間的移相角就能控制系統(tǒng)的輸出功率，簡化了控制方法，從而降低一個周期內(nèi)產(chǎn)生回流功率時間，電感電流波形相對緩沖，系統(tǒng)的工作效率得到提高。

2.4基于FPGA的快速PWM閉環(huán)控制設計

程控直流電源作為電源類產(chǎn)品的一個重要分支，具有電壓可編程和電流可編程特性，因此可實現(xiàn)寬范圍的電壓和電流輸出，并且可通過串聯(lián)和并聯(lián)，來拓展電壓和電流輸出范圍，以滿足不同的供電和測試需求。程控直流電源只有具備優(yōu)異的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，才能適應關鍵性測試的高性能要求，解決超調(diào)問題，提高測試安全性。程控直流電源功率變換電路的閉環(huán)控制設計，將直接影響到電源能否正常工作以及各項靜態(tài)特性和動態(tài)特性。如果閉環(huán)控制不合理，將會引起電源輸出振蕩、無法實現(xiàn)電壓和電流可編程輸出、輸出紋波和噪聲較大、動態(tài)特性變差等問題，快速PWM閉環(huán)控制技術，以提高程控直流電源輸出特性，滿足高性能供電測試需求。

結語

為了切實確保電力系統(tǒng)的運行水平，第一件事情就是要將目光放在對電氣設備控制的開展之上，隨著全控型功率元件不斷發(fā)展和技術更新，PWM控制技術必將更加廣泛地用于電子技術和電力技術的各項領域，電氣傳動系統(tǒng)裝置和技術將借助PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)和控制技術的發(fā)展總趨勢，將是交流變頻調(diào)速逐步取代直流調(diào)速、無觸點控制取代有接點邏輯控制、全數(shù)字控制與數(shù)模復合控制并存，逐步實現(xiàn)智能化、智慧化的發(fā)展趨勢。