淺談PWM控制技術在電氣傳動系統的應用

吳東 馬青坡

摘要：無論是針對電氣設備的安裝技術還是調試技術來說，均會對電力傳輸的質量產生直接的影響。所以，行之有效的電氣控制技術應用是充分確保電力系統得以正常運作的有效保障。在電氣傳動系統中，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，由于直流傳動系統的電機結構復雜、成本高、故障頻發、維修保養費用貴等眾多運行缺陷，已經逐步被市場所淘汰，交流傳動系統借助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展，已經逐步完全取代直流傳動系統，占據電氣傳動系統的主導地位，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輸出的波形，在目前的工業電氣化設備實施中，PWM脈寬調制技術已經廣泛應用于交流傳動系統的整流和逆變、UPS電源系統和各種電源濾波系統和裝置中，并且經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的應用做論述，詳情如下。

關鍵詞：PWM控制技術;電氣傳動系統;應用

引言

隨著經濟、社會和國民經濟的快速發展，對電力的需求不斷增加。供電系統的開發可以實現我國電力系統的高水平供電，以及實現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脈寬調制控制技術，能夠讓電網端的輸入電流波形近似正弦波，同時讓功率因數接近為1，達到大大降低直至解決整流裝置對電網的諧波污染問題。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脈沖寬度調節和控制技術就是通過全控型的晶閘管和晶體管進行觸發控制，在改變頻率的同時對輸出電壓也進行控制。PWM脈沖寬度調節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的應用

2.1線路傳動的調試線路

PWM控制技術在電氣傳動系統的應用之一是線路傳動的調試線路。撥動驅動狀態調試的主要目的是通過線路撥動儀表調試檢查各金屬電路的狀態隔離性能水平，確保電路處于合理狀態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回路溫度進行2-3次測試，以確保系統回路溫度能夠完全達到回路絕緣系統指定的保護級別。絕緣層保護還必須能夠滿足系統規定的上電標準。在實際調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，確保所有電氣設備仍能正常工作。按照國家規定和調試程序進行安裝。電氣設備安裝調試的最佳對策。

2.2回路傳動調試

PWM控制技術在電氣傳動系統的應用之二是回路傳動調試。在開展調試工作期間，相關人員應當在切實確保安全的基礎上展開通電實驗調試，需要進行回路傳動調試，旨在對所有回路的絕緣地加大檢查力度，以在最短的時間內發現并妥善處理金屬接地等相關安全隱患，在實際調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變換器回流功率優化

PWM控制技術在電氣傳動系統的應用之三是PWM與移相結合控制DAB變換器回流功率優化。隨著社會進步，開發新能源逐漸成為各國的首要戰略目標。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軟開關等特點，已在直流配電網、電動汽車、光儲微電網發電系統等領域得到廣泛的應用。若DAB變換器采用傳統單移相控制策略，則在一個開關周期內存在輸入功率為負值現象，即存在回流功率的現象。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的輸出功率，簡化了控制方法，從而降低一個周期內產生回流功率時間，電感電流波形相對緩沖，系統的工作效率得到提高。

2.4基于FPGA的快速PWM閉環控制設計

程控直流電源作為電源類產品的一個重要分支，具有電壓可編程和電流可編程特性，因此可實現寬范圍的電壓和電流輸出，并且可通過串聯和并聯，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異的靜態特性和動態特性，才能適應關鍵性測試的高性能要求，解決超調問題，提高測試安全性。程控直流電源功率變換電路的閉環控制設計，將直接影響到電源能否正常工作以及各項靜態特性和動態特性。如果閉環控制不合理，將會引起電源輸出振蕩、無法實現電壓和電流可編程輸出、輸出紋波和噪聲較大、動態特性變差等問題，快速PWM閉環控制技術，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，電氣傳動系統裝置和技術將借助PWM脈沖寬度調節和控制技術的發展總趨勢，將是交流變頻調速逐步取代直流調速、無觸點控制取代有接點邏輯控制、全數字控制與數模復合控制并存，逐步實現智能化、智慧化的發展趨勢。