MC-E2 · 逆变器驱动基础

逆变器与 PWM 驱动

逆变器用单一直流造出大小与频率任意可变的交流。弄清如何调节快速开关的导通时间比例，使平均成为正弦波。

把导通时间比例按正弦变化，平均电压会

逆变器把输出端子很快地交替接到 +Vdc 或 -Vdc。原样是粗糙方波，但开关极快，电机电感滤掉高频、只留平均。用调制比滑块把导通时间比例按正弦变化。穿过粗糙脉冲的平均(金色)是什么形状？

调制比 mm = 0.80

用滑块连续改变调制比。铜色为开关输出，金色为平均(基波)。

基波电压与 V/f

V1 = m·(Vdc/2) = 0.40 Vdc · V/f ∝ m/f

平均不是方波。方波是未经滤波的原始开关输出。我们要找的是那些脉冲平均描出的平滑曲线。

正弦占空比调制的平均?

不吻合

逆变器把直流开关成交流

三相逆变器在直流母线上以每桥臂上下两个、共三个桥臂组成半导体开关。每个桥臂上管导通时输出接 +Vdc，下管导通时接 -Vdc。三桥臂互错 120° 运行便输出三相交流。只各开关一次是粗糙方波，但实际以数千赫兹极快地开关。电机绕组的电感滤掉这一高开关频率分量，电流中只留平均。

观察Vout = ×Vdc

逆变器输出非 +Vdc 即 -Vdc。

选择Vavg = (2d - 1) ?

平均电压由占空比决定。

PWM 以平均描出正弦

一个开关周期内输出停在 +Vdc 的时间比例称占空比。占空比为一半时平均为零，较大时平均偏 +，较小时偏 -。把该占空比在一个输出周期内按正弦变化，平均电压便描出正弦波。定占空比的方法是脉宽调制(PWM)，通常以基准正弦波与快速三角波(载波)比较生成。基准正弦波的幅值是调制比 m，定输出电压大小；其频率定输出频率。二者独立，故分别掌控电压与频率。

填空V1 = m ?

输出电压大小由调制比决定。

自己来Vf const → m ?

要保持磁通，使调制比与频率成正比。

一台逆变器驱动一切电机

感应机的 V/f 控制就是让调制比 m 与输出频率成正比以保持磁通恒定；同步机与伺服的变速、BLDC 的电子换向，也都是这台逆变器按指令或转子位置塑造电压与频率。快速开关带来开关损耗与谐波，但通过提高载波频率、精炼空间矢量等调制法来抑制。直流机换向器以机械接点所做的换向，逆变器以半导体开关加以一般化。从磁路起步的本课所有电机，最终都在这一装置上以电压与频率受控。

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把导通时间比例按正弦变化，平均便描出正弦波。逆变器只是在 +Vdc 与 -Vdc 间快速开关输出，但电机电感滤掉高频、只留平均，故把占空比按正弦调制，其平均便成平滑正弦。基准正弦波的幅值(调制比)定电压大小，其频率定输出频率，从单一直流分别掌控电压与频率。感应机的 V/f、同步机的变速、BLDC 的电子换向，全在这一装置上运转。从磁路一缕磁通起步，历经变压器与旋转电机，终在半导体开关塑造电压与频率之处，电机的故事收束。

逆变器驱动：直流母线上的半导体开关把输出在 +Vdc/-Vdc 间快速开关，电机电感滤掉高频。把导通时间比例(占空比)按正弦调制(PWM)，平均电压便成正弦。调制比 m 定电压大小，基准频率定输出频率，分别控制(VVVF)。感应机 V/f 即 m ∝ f 以保磁通。

收束电机

从磁路的磁通与磁阻起步(A)，经交换该磁通的变压器(A)、以换向把旋转变直流的直流机(B)、在旋转磁场中带转差旋转的感应机(C)、把速度与频率绑为一体的同步机(D)，直到永磁与半导体开关造就的特种电机与逆变器(E)。所有电机都是一脉：以磁通与电流的相互作用产生力，以换向与控制驾驭这力。二十个单元绘出的这张地图，将成为一双眼睛——面对任何旋转电机，都问磁通从何而来、电流往何处流、由什么控制。