交流伺服電機的變頻調(diào)速解析，交流伺服電機的SPWM變頻調(diào)速

　　交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動機是一種兩相的交流電動機。 交流伺服電動機使用時，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動機很快就會轉(zhuǎn)動起來。 通入勵磁繞組及控制繞組的電流在電機內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個繞組上所加的電壓反相時，旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變，電機的方向也發(fā)生改變。

　　伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

　　交流伺服電機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似。其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上;另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。

　　只要改變交流伺服電機的供電頻率f1，即可改變電機轉(zhuǎn)速，所以交流伺服電機調(diào)速應(yīng)用最多的是變頻調(diào)速。

　　變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是：為交流電機提供變頻電源的變頻器。

　　變頻器分：交-交變頻；交-直-交變頻。

　?。?）交-交變頻

　　利用可控硅整流器直接將工頻交流電（頻率50Hz）變成頻率較低的脈動交流電，正組輸出正脈沖，反組輸出負(fù)脈沖，脈動交流電的基波是所需的變頻電壓。

　　該方法所得的交流電波動比較大，且最大頻率即為變頻器輸入的工頻電壓頻率。

　?。?）交-直-交變頻

　　先將交流電整流成直流電，然后將直流電壓變成矩形脈沖波電壓，矩形脈沖波的基波是所需的變頻電壓。

　　該調(diào)頻方式所得交流電的波動小，調(diào)頻范圍比較寬，調(diào)節(jié)線性度好。

　　在交-直-交變頻中根據(jù)中間直流電壓是否可調(diào)分為中間直流電壓可調(diào)PWM逆變器和中間直流電壓固定的PWM逆變器；根據(jù)中間直流電路儲能元件是大電容還是大電感分為電壓型逆變器和電流型逆變器。

　　SPWM（正弦波PWM）變頻器是目前應(yīng)用最廣、最基本的一種交-直-交型電壓型變頻器，在交流調(diào)速系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。

　　SPWM變壓變頻器調(diào)制原理（以單相為例）

　　正弦脈寬調(diào)制（SPWM）波形：與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波。

　　等效原理：把正弦波分成n等分，每一區(qū)間面積用與其相等的等幅不等寬的矩形面積代替。正弦波的正負(fù)半周均如此處理。

　　SPWM控制波的生成：正弦波—三角波調(diào)制。

　　Q——電壓比較器；

　　UR——由指令脈沖轉(zhuǎn)換來的，正弦控制波；

　　UΔ——三角波發(fā)生器。

　　整流器將三相工頻交流電變成直流電；

　　逆變器將直流電壓逆變成三相交流電，驅(qū)動電機運行。

　　交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一就是逆變器，由于調(diào)速的要求，逆變器必須具有頻率連續(xù)可調(diào)、以及輸出電壓連續(xù)可調(diào)，并與頻率保持一定比例關(guān)系等功能。

　　利用脈沖寬度調(diào)制逆變器可實現(xiàn)變頻也變壓。如圖所示，因電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，改變輸出電壓脈沖的占空比，就能同時實現(xiàn)變頻和變壓。與圖1（a）相比，圖1（b）所示電壓周期增大（頻率降低），而占空比減小，故平均電壓降低。

　　采用PWM方法控制逆變管的通、斷時，可獲得一組幅值相等、寬度相同的矩形脈沖，改變矩形脈沖的寬度可控制其輸出電壓，改變調(diào)制周期可控制其輸出頻率，同時實現(xiàn)變壓和變頻。因輸出電壓波形為矩形波，具有許多高次諧波成分。對電機來說，有用的是電壓的基波。為了減少諧波影響，提高電機的運行性能，應(yīng)采用對稱的三相正弦波電源為三相交流電機供電。

　　正弦波脈寬調(diào)制型逆變器（SPWM）的輸出端可獲一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，來近似等效于正弦電壓波。SPWM脈寬調(diào)制波形，如圖2。當(dāng)正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖的間隔則最小。反之，當(dāng)正弦值較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大大減少。

　　采用數(shù)字電路的SPWM逆變器，可采用以軟件為基礎(chǔ)的控制模式。優(yōu)點是所需硬件少，靈活性好和智能性強。缺點是需要通過計算確定SPWM的脈沖寬度，有一定的延時和響應(yīng)時間。隨著高速度、高精度多功能微處理器、微控制器和SPWM專用芯片的發(fā)展，采用微機控制的數(shù)字化SPWM技術(shù)已占當(dāng)今PWM逆變器的主導(dǎo)地位。

　　SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)，其中各部分的功用：

　　速度給定器：給定信號，控制頻率、電壓及正反轉(zhuǎn)。

　　平穩(wěn)啟動回路：使啟動加、減速時間可隨機械負(fù)載設(shè)定，以達(dá)到軟啟動的目的。

　　函數(shù)發(fā)生器：在輸出低頻信號時保持電機氣隙磁通一定，補償定子電壓降的影響。

　　電壓頻率變壓器：將電壓轉(zhuǎn)換為頻率，經(jīng)分頻器、環(huán)形計數(shù)器產(chǎn)生方波，和經(jīng)三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波一起送入調(diào)制回路。

　　電壓調(diào)節(jié)器：產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的控制正弦波，送入調(diào)制回路，送入調(diào)制回路，在調(diào)制回路中進(jìn)行SPWM變換，產(chǎn)生三相的脈沖寬度調(diào)制信號。在基極回路中輸出信號至功率晶體管基極，即對SPWM的主回路進(jìn)行控制，實現(xiàn)對永磁交流伺服電機的變頻調(diào)速。

　　電流檢測器：過載保護(hù)。