电机中逆变器的开关频率



逆变器脉宽和频率怎么调

若要增大SPWM逆变器的输出电压基波频率,可采用的控制方法是：增大正弦调制波频率 。SPWM是在PWM的基础上，将期望输出的正弦电压波形假想成有一组等宽不等幅的片断组合而成，然后用一组冲量对应相等的等幅不等宽(即脉冲宽度调制)脉冲将它们依次代替，从而在滤波器输出端得到期望的正弦电压波形。这样的脉冲可以由电子开关的通断控制实现。理论推导和实际的频谱分析表明:SPWM脉冲电压具有与理想正弦电压相一致的基波分量，而且最低次谐波的频率可以提高到SPWM调制频率(即开关频率，对应于每基波周期的脉冲个数)附近。因此，当开关频率足够高时，利用较小的滤波器就能将其中的谐波滤除掉。

此外，只需改变SPWM脉冲宽度，就可以平滑地调节输出电压的基波幅值。采用了SPWM技术的逆变器即为SPWM逆变器，它在波形质量和控制性能上相对方波型逆变器有了巨大的进步。

逆变器调频调压原理是什么

逆变器的调频调压核心是通过电力电子技术与数字信号处理精准控制波形参数。

1. 调频原理

电力电子器件的开关控制是频率调节的关键。脉冲宽度调制（PWM）技术通过调节开关器件（如IGBT）的导通时间，改变载波信号频率，直接影响输出交流电的频率。例如，当需要提高输出频率时，会缩短三角载波周期，使PWM脉冲序列对应的正弦波参考信号更快变化。

更高阶的直接数字合成（DDS）技术通过预存波形数据配合高速数模转换器，按需输出任意频率信号，适合对频率精度与切换速度要求极高的场景。

2. 调压原理

电压调节存在双向控制路径：

•前馈控制：调节直流侧输入电压，例如通过调整整流器触发角或使用斩波电路，改变逆变桥的供电基础电压；

•实时调整：在PWM控制中，改变脉冲占空比直接影响输出电压有效值，占空比每增加1%，电压有效值对应上升；

•后级调节：配置多抽头变压器或电子式变比装置，通过磁耦合方式改变输出电压幅值，尤其适用于大功率场景。

控制闭环的精确性决定了最终输出品质。先进逆变器会同时采用电压电流双环反馈，配合DSP芯片的快速运算能力，实现毫秒级动态调整，保障频率偏差小于0.5%、电压波动控制在±2%以内。

电机控制中常见的频率

电机控制中常见的频率包括以下几种：

1. 电频率（电角频率）

定义：电机的电角频率，常用ω表示，单位是rad。例如，PMSM（永磁同步电机）的同步电角频率，就是定子侧电流的角频率。

2. 频率（额定频率）

定义：电机的额定频率，常用f表示，单位是Hz。例如，PMSM的同步电频率，就是定子侧电流的频率。

3. 电机机械转速

定义：电机的额定转速，单位rpm（转/分钟）。计算公式：根据电频率和极对数计算，公式为 $n=frac{60*f}{N_p}$，其中n为转速，f为频率，$N_p$为极对数。

4. 开关频率

定义：逆变器IGBT或者PWM（脉冲宽度调制）在1s内的开关次数，单管一开一关算一次开关。作用：直接决定了逆变器的损耗。

5. ADC采样频率

定义：ADC（模数转换器）模块被触发进行采样的频率。

6. PWM占空比生效频率

定义：PWM（脉冲宽度调制）比较值生效的频率。

7. EPWM中断或DMA中断执行频率

定义：中断的执行频率，一般每个中断执行一次FOC（磁场定向控制）电流环计算。关系：

单采单更情况下，开关频率等于ADC采样频率等于DMA中断执行频率等于PWM占空比生效频率。

双采双更情况下，2倍开关频率等于ADC采样频率等于DMA中断执行频率等于PWM占空比生效频率。

8. 速度环执行频率

定义：无感速度环的执行频率。特点：一般执行频率会低一些，通常设置为1kHz或2kHz。在伺服系统中，速度环通常被放在中断中执行。

9. 滤波器截止频率

定义：以低通滤波器为例，幅值衰减到-3dB，相位滞后到45°的频率点是一阶低通滤波器的截止频率。作用：用于确定滤波器的性能。

10. 环路带宽

定义：以电流环或速度环为例，环路整定最后设计成一阶低通滤波器时，滤波器的截止频率就是环路的带宽。注意：电流环放在中断中执行时，中断执行频率仅仅是环路的执行频率，并非其带宽。执行频率必须大于其设计的环路带宽。

11. 高速电机转速

定义：高速电机的转速，常见的是1对极性的吹风筒或吸尘器，其机械转速可达10万rpm。

12. 低速

定义：一般指额定的5%以下额定速度。

13. 主频

定义：控制器主控MCU（微控制单元）或DSP（数字信号处理器）的主频。作用：主频分频获取ADC等外设的时钟；主频分频也可以设置定时器的时基计数器。

14. SVPWM载波频率

定义：一般指开关频率。

15. SPWM调制波频率

定义：SPWM（正弦脉宽调制）正弦调制波的频率。关系：载波频率等于开关频率。

16. 高频注入注入频率

定义：注入的高频信号的频率，可以是方波，也可以是正弦波。

以下是部分相关展示：

这些频率在电机控制系统中各自扮演着重要的角色，共同影响着电机的性能和运行效果。

逆变器频率高怎么回事

逆变器频率高可能由多种因素导致，以下是一些主要原因及解释：

功率需求与载波频率的关系：

在逆变器中，载波频率与功率输出有一定的关系。一般来说，变频器功率越大，载波频率可能会越低。但这并不意味着所有情况下逆变器频率高都是由于功率小导致的，因为频率高还可能受到其他因素的影响。

模块开关损耗与波形质量：

载波频率越高，输出电流波形越接近正弦波，这有助于提高电流的质量。然而，高的载波频率也意味着模块的开关损耗增大，这可能会导致逆变器效率降低，同时产生更多的热量。

逆变器设计与控制策略：

逆变器的设计和控制策略也会影响其输出频率。例如，某些先进的控制算法可能会提高逆变器的响应速度，从而导致输出频率升高。此外，逆变器的硬件设计，如滤波器的选择，也会影响输出频率。

外部干扰与电网影响：

逆变器在工作过程中可能会受到外部干扰，如电磁噪声等，这些干扰可能会影响逆变器的输出频率。同时，电网的波动和不稳定也可能导致逆变器频率发生变化。

谐波产生与解决方案：

逆变器在逆变过程中可能会产生高次谐波，这些谐波不仅会对其他设备造成干扰，还可能污染电网。为了解决这一问题，可以在变频器的输入侧和输出侧加电抗器，以减少谐波的产生和传播。

总结：逆变器频率高可能是由于功率需求、模块开关损耗、逆变器设计与控制策略、外部干扰以及谐波产生等多种因素导致的。为了降低频率并提高逆变器的性能，可以采取相应的措施，如优化控制算法、改进硬件设计、加强滤波以及减少外部干扰等。同时，对于谐波问题，可以通过加电抗器等手段进行有效解决。

变频器直流母线电压与开关频率，输出频率间的关系

直流母线电压、开关频率和输出频率之间并不存在直接关联。它们各自代表不同的概念，彼此独立运作。

直流母线电压是指变频器内部直流环节的电压水平，主要由电源输入和储能元件特性决定。而开关频率则是指逆变器中开关器件的切换速度，通常用于控制电压输出的稳定性与效率。两者的关联主要体现在开关频率的调整会影响直流母线电压的稳定性。

输出频率则是指变频器输出的交流电频率，它直接决定了电机的转速。开关频率与输出频率之间也没有直接关系，因为输出频率主要由用户需求或控制系统设定，而开关频率则取决于逆变器的设计参数和运行条件。

然而，在实际应用中，为了保证输出频率的稳定性和效率，工程师们通常会根据具体需求调整开关频率，以优化整个系统的性能。例如，提高开关频率可以加快电压调整速度，有助于在短时间内达到设定的输出频率，但这同时也可能增加系统损耗。

综上所述，虽然直流母线电压、开关频率和输出频率之间没有直接关系，但在设计和优化变频器系统时，这些参数之间的相互影响仍然需要被充分考虑。

逆变器的分类

逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置，其分类方式多种多样，以下是逆变器的详细分类：

1. 按输出交流电能的频率分

工频逆变器：频率为50～60Hz的逆变器，适用于大多数家用电器和工业设备。中频逆变器：频率一般为400Hz到十几kHz，常用于特定工业应用，如航空电源。高频逆变器：频率一般为十几kHz到MHz，适用于高频信号处理和小型化设备。

2. 按输出的相数分

单相逆变器：输出单相交流电，适用于家用和小型工业设备。三相逆变器：输出三相交流电，适用于大型工业设备和电力系统。多相逆变器：输出多于三相的交流电，用于特定的高性能应用。

3. 按输出电能的去向分

有源逆变器：将电能向工业电网输送，常用于可再生能源发电系统。无源逆变器：将电能输向某种用电负载，如家用电器或工业设备。

4. 按主电路的形式分

单端式逆变器：结构简单，但输出能力有限。推挽式逆变器：输出能力较强，适用于中等功率应用。半桥式逆变器：结构相对复杂，但性能稳定，适用于较高功率应用。全桥式逆变器：输出能力最强，适用于大功率应用。

5. 按主开关器件的类型分

晶闸管逆变器：属于“半控型”逆变器，不具备自关断能力。晶体管逆变器：包括“全控型”逆变器，如电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管(IGBT)，具有自关断能力。

6. 按直流电源分

电压源型逆变器(VSI)：直流电压近于恒定，输出电压为交变方波。电流源型逆变器(CSI)：直流电流近于恒定，输出电流为交变方波。

7. 按输出电压或电流的波形分

正弦波输出逆变器：输出电压或电流波形接近正弦波，适用于对波形要求较高的负载。非正弦波输出逆变器：输出电压或电流波形为非正弦波，如方波、梯形波等，适用于对波形要求不高的负载。

8. 按控制方式分

调频式(PFM)逆变器：通过调节频率来控制输出电压或电流。调脉宽式(PWM)逆变器：通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流，具有更高的效率和更好的性能。

9. 按开关电路工作方式分

谐振式逆变器：利用谐振原理进行工作，具有高效率和小体积的优点。定频硬开关式逆变器：开关频率固定，但开关过程中存在较大的损耗。定频软开关式逆变器：开关频率固定，但采用软开关技术，减小了开关过程中的损耗。

10. 按换流方式分

负载换流式逆变器：通过负载来实现换流，适用于特定应用。自换流式逆变器：具有自换流能力，无需外部负载即可实现换流，适用于大多数应用。

以下是逆变器的一种常见类型——IGBT逆变器的示例：

综上所述，逆变器具有多种分类方式，每种分类方式都反映了逆变器在不同方面的特性和应用。在选择逆变器时，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的类型。

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