基于双 PW M 技术的交流变频调速
系统刘永顺1 , 李淑平2 , 周瑞3
(1. 安阳师范物理系, 河南 安阳 455000 ; 2. 许继集团有限公司, 河南 许昌 461000 ;
3. 驻马店电业局, 河南 驻马店 463000)
摘要: 阐述了采用双 PWM 技术的变频调速系统的
工作原理, 简要介绍了 TM S320F 240 芯片的特点及其用 于双 PWM 控制系统时硬件框图, 并对今后变频调速的发展作了展望。
关键词: 双 PWM ; 功率因数; 整流器, 逆变器; 谐波; 事件管理器
中图分类号: TM 921. 51 文献标识码: B 文章编号: 100324897 (2003) 1020063203
1 前言
在 变 频 调 速 领 域, 一 般 的 变 频 器 都 采 用 单 PW M 技术, 其整流部分大多都采用不可控整流方 式, 但这种单 PW M 变频器存在功率因数低、网侧谐 波污染严重、无法实现能量的再生利用等缺点, 对于 要求不太高的场合, 可以通过功率因数补偿器或增 加其它外围设备来提高功率因数、减小谐波、使能量 能够再生利用。目前, 随着电力电子技术和微机控制 技术的飞速发展, 特别是近年来数字控制芯片的出 现使 PW M 控制容易实现, 加上 PW M 技术的诸多 优点, 它在变频调速系统中的应用越来越广泛。
2 双 PW M 变频器工作原理
在交- 直- 交变频调速系统中, 整流器和逆变 器均采用双 PW M 技术, 称为双 PW M 变频调速, 其 无须增加任何附加电路就能实现变频器再生能量向 电网回馈和节省能量, 可实现功率双向流动。 采用 PW M 整流技术, 它直接对整流桥上各电力电子器 件进行正弦 PW M 控制, 使得输入电流接近正弦波, 其相位与电源相电压相位相同。这样, 输入电流中就 只含与开关频率有关的高次谐波, 这些谐波次数高, 容易滤除, 同时也使功率因数接近 1, 减少对电网的 公害。双 PW M 具有输入电压、电流频率固定, 波形 均为正弦, 功率因数接近 1, 输出电压、电流频率可 变, 电流波形也为正弦的特点。这种变频器可实现四 象限运行, 从而达到能量的双向传送。图 1 为双 PW M 变频器主回路, 主电路由进线电抗器、整流器、中间储 能电容器、逆变器和电机组成, 主开关器件采用绝缘门 极双极晶体管( IGB T ) [ 1 ]。工作原理如下:
(1) 能量由三相交流电网流向电动机负载 当电动机处于拖动运行状态时, 能量由交流电
网经整流逆变器中的桥式整流器向滤波电容器 C d
充电, 此时变频器的 6 个 IGB T 管在 PW M 控制下,
以调频调压 (V V V F ) 方式工作, 使变频器输出电压
U 0 与工作频率 f 成正比, 这不仅使交流电机得到恒 力矩特性, 而且输入到电动机的电流为正弦波, 减少 了高次谐波电流的损耗。
图 1 系统主电路
F ig. 1 T h e m a in c ircu it o f sy stem
(2) 电动机再生能量馈入三相交流电网 在变频调速过程中, 当电动机处于减速运行时,
由于负载惯性作用进入发电状态, 此时交流电动机
的再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中 间直流环节的储能电容充电, 使电容器两端电压升
高, 此时整流逆变器的开关元件在 PW M 控制下, 将 能量馈入交流电网, 完成能量的双向流动。同时由于
PW M 整流器闭环控制作用, 加上使用自关断器件,
开关频率的大幅度提高, 使馈入电网的电流为电网 电压同相位的正弦波电流, 使系统的功率因数约等 于 1, 提高了系统功率因数, 消除了网侧谐波污染。
此时储能电容器也能对交流电源输入电路的漏抗所 产生的无功电流起到补偿作用。
双 PW M 变流器的控制系统核心控制芯片采用
T I 公司生产的一种新型微处理器 TM S320F 240
D SP , TM S320F 240 是一款专门为电机控制而
设计的
D SP , 因而, 它不仅具有普通数字信号处理器的高速运 算功能