abb富士安川三菱从旋转磁场识变频器原理
一、电机运转的基本原理
做电动机变频器的电子工程师,对于电机的运转原理,大多数是从教科书上得来,基本上是人云亦云,并不是真正的深入了解,因此要想真正的做好变频器,这样的基础是不行的;
就好比你有一桶水的知识,才能真正做好需要一瓢水知识的产品;只有一瓢水的知识就做产品这叫“浮躁”;市面上大量的“仿、冒”产品不就是这样来的?作者想通过此文,
从物理概念入手讲清机理,再通过简单的数学而不是高深的数学(高深的数学解释市面上有大把的书)把物理概念深化,从而在更抽象的层面上理解基本原理;简单、通俗但深入。
先做一个小实验:将一台好的异步电机拆开(较小的电机定子线圈阻抗较高,电流较小),取出转子,在定子绕组的引出线接上三相调压器,接上三相交流电,
调到合适的电流电压(以较小的电压电流来做这个实验,防止损坏电机),这时在电机定子中放入一颗钢珠,就能看到钢珠沿着定子槽的内表面旋转,这就是三相交流电在定子绕组中产生
的旋转磁场最直观的表现;也就是说,三相交流电在定子绕组上产生的旋转磁场吸着钢珠在旋转,通过观察钢珠的旋转,旋
转磁场就表现出来了。上述的实验是电机运转的基本物理概念,下面就要通过数学计算揭示出旋转磁场是如何来的,三相交流电的一个
完整波形周期,它的瞬时值是:
ua=umsin(θ)
ub=umsin(θ-120°)
uc=umsin(θ+120°)
二、 变频器的基本原理:
从上述的电机运转原理我们可知,作为变频器,为构造电机内的旋转磁场,现在是有两种基本方法:一种是spwm,是从电源出发构造变频器,
即变频器只需模拟三相交流正弦波电压,以变频达到调速要求,
这样变频器构造的三相交流电就会在电机的绕组中产生旋转磁场,使电机运转;三相交流
电从示波器上可见,旋转磁场我们从上述试验中可见,因此该方法理论上简单
直观,容易理解。另一种是svpwm,是从电机内的旋转磁场出发构造变频器,
直接由变频器产生出电机旋转磁场所需的电流电压(注意,这里并没有强调是
三相正弦波电压,只是万变不离其中而已),就能在电机内产生旋转磁场而使电
机运转;由于旋转磁场用矢量描述,该理论比较抽象,不容易理解,但它更符
合电机的真实情况,并有谐波少,转矩脉动小,直流电压利用率高等优点。
三、 spwm法:(sinusoidal pulse width modulation)
我们知道,开关电源是以不同宽度的脉冲来输出不同的电压,这是pwm,
同理,我们用窄脉冲构造正弦波的起始部分,用宽脉冲构造正弦波
的峰值部分,数字脉冲的宽窄对应于正弦波幅值的高低。spwm就是用一串
精确计算的、脉冲宽度渐变的脉冲经滤波构造出正弦波。
以脉宽构造正弦波(spwm)的方法很多,在单片机时代,概念清楚简
单的我认为面积法比较好,由于这是过时的东西,因此下面仅介绍这一种。
spwm的面积法是将一个正弦波按时间轴将该波形切成间隔均匀的一块
一块,将一串脉冲也按时间轴与正弦波对应排列,当每一正弦波块的面积等
于相对应脉冲的面积时,滤波之后就可以说该脉冲串就等于该正弦波;(实际
上,从示波器上看,电压波形是脉冲波但电流波形且是正弦波)