【導(dǎo)讀】PWM 脈寬調(diào)制的基本原理，是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。
具體來說，當(dāng)逆變回路中正極輸出側(cè)與電機(jī)某一相連接的一個(gè)開關(guān)（如上圖右側(cè)上方）閉合時(shí)，那么相應(yīng)的，電機(jī)在該相的電壓也就為正，而如果與此同時(shí)，逆變回路中負(fù)極輸出側(cè)與電機(jī)另一相連接的一個(gè)開關(guān)（如上圖右側(cè)下方）與之同步閉合，那么電機(jī)此相的電壓也就為負(fù)，并且電機(jī)兩相之間會因此而導(dǎo)通產(chǎn)生電流。這樣，通過順序切換逆變回路中正負(fù)極上的多對開關(guān)，我們就可以任意切換電機(jī)上各相輸出的正負(fù)極性，并通過調(diào)整這些開關(guān)通斷時(shí)間間隔的變化，讓其輸出產(chǎn)生出我們想要的任何頻率特性。
需要注意的是，變頻器的逆變輸出其實(shí)是高頻的等幅脈沖方波，而不是真正的正余弦波，我們只是以等效方式將其視為正余弦波。這對于通用配電系統(tǒng)，并不是一個(gè)好的選擇，但對于電機(jī)來說卻是非常合適的。正如前文所述，通過調(diào)整逆變器輸出電流的頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的靈活控制。
不過，在實(shí)際的電機(jī)應(yīng)用中，為了應(yīng)對運(yùn)動(dòng)負(fù)載變化，我們還經(jīng)常需要去控制和調(diào)節(jié)電機(jī)輸入端的電壓。例如：如果需要將電機(jī)頻率從 60Hz 降低到 30 Hz，那么只需調(diào)慢逆變器各輸出晶體管之間的接通時(shí)間間隔即可；但是，當(dāng)輸出頻率降低到原來的一半以后，為了保持相同的電壓/頻率（V/Hz）比值，我們該如何在直流母線電壓始終為 650VDC 的情況下，將輸出電壓也從原來的 480V 降到 240V 呢？
想象一下，在流體管道系統(tǒng)中，我們其實(shí)是可以通過調(diào)節(jié)閥門的高速開閉與其打開的時(shí)長來控制管路中的流體壓力的。盡管在管道系統(tǒng)中這個(gè)方法貌似并不怎么實(shí)用，但它對變頻驅(qū)動(dòng)來說效果卻非常之好。只要按一定的規(guī)則對各方波脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可改變逆變電路輸出電壓的大小。打個(gè)比方，如果在輸出為正的前半個(gè)周期中，讓電壓為 480V 和為 0V 的時(shí)間各占一半，那么其等效電壓即是 480V 的一半，也就是 240V；同樣的道理，我們就可以在變頻器的輸出上實(shí)現(xiàn)任何等效電壓；而如果能夠讓逆變電路正向半個(gè)周期中產(chǎn)生的多個(gè)脈沖等值電壓呈正弦波形，那么所獲得的輸出將更為平滑且低次諧波更少。
形狀不同而沖量相同的脈沖波形
在這其中最重要的原理就是面積等效，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量，是指窄脈沖的面積；效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同，低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。
目前逆變環(huán)節(jié)使用的功率器件主要是 IGBT（Insulated GateBipolar Transistor - 絕緣柵雙極性晶體管），由 BJT（雙極型三極管）和 MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，同時(shí)具有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點(diǎn)。GTR 具有飽和壓降低，載流密度大的優(yōu)點(diǎn)，但是驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET 具有驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是導(dǎo)通壓降大，載流密度小。而 IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小且飽和壓降低。正因?yàn)榫哂幸陨蟽?yōu)點(diǎn)，IGBT 模塊被用作變頻器逆變電路的開關(guān)器件。主控電路通過控制 V1-V6 這 6 個(gè) IGBT 的開通與閉合，達(dá)到控制輸出側(cè) UVW 三相電路的 PWM 波形的效果，等效為電壓、頻率可控的三相交變電壓。
絮絮叨叨了這么多，我們不禁要提出這樣的疑問，為什么變頻器一定要把交流電通過二極管或可控硅整流成直流電然后才能逆變?yōu)榻涣麟娔兀繛槭裁床荒苤苯訉⒔涣麟娡ㄟ^某種裝置直接變換為頻率/電壓可調(diào)整的交流電呢？
當(dāng)然是可以的，目前已經(jīng)進(jìn)入商用市場的安川 U1000 系列矩陣式變頻器就是“交-交“變頻器，省去了中間直流變換過程。只是，事物都有兩面性，交交轉(zhuǎn)換功率器件目前代價(jià)非常高，因此，作為當(dāng)今市場上唯一一款商用“交交”變頻器，安川的 U1000 矩陣式變頻器在市場上有點(diǎn)曲高和寡，處于叫好不叫座的境地。
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