浅谈PWM控制技术在电气传动系统的应用

吴东 马青坡

摘要：无论是针对电气设备的安装技术還是调试技术来说，均会对电力传输的质量产生直接的影响。所以，行之有效的电气控制技术应用是充分确保电力系统得以正常运作的有效保障。在电气传动系统中，因电机种类的不同，主要分为直流传动和交流传动，众所周知，由于直流传动系统的电机结构复杂、成本高、故障频发、维修保养费用贵等众多运行缺陷，已经逐步被市场所淘汰，交流传动系统借助GTO（可关断晶闸管）、BJT或GTR（电力双极型晶体管）、Power-MOSFET（电力场效应管）、IGBT（绝缘栅极双极型晶体管）、IGCT（集成门极换流晶闸管）等这些全控型功率元器件的迅猛发展，已经逐步完全取代直流传动系统，占据电气传动系统的主导地位，这些全控型的晶闸管和晶体管可以通过门极来控制导通和关断晶闸管或晶体管，并且其开关频率可以达到非常高，使其输出的电流、电压波形可以接近或类似直流传动系统输出的波形，在目前的工业电气化设备实施中，PWM脉宽调制技术已经广泛应用于交流传动系统的整流和逆变、UPS电源系统和各种电源滤波系统和装置中，并且经过更深入的研究和应用。本文主要对PWM控制技术在电气传动系统的应用做论述，详情如下。

关键词：PWM控制技术;电气传动系统;应用

引言

随着经济、社会和国民经济的快速发展，对电力的需求不断增加。供电系统的开发可以实现我国电力系统的高水平供电，以及实现电力技术服务水平和电力工作服务质量的提高。目前PWM控制技术已经不仅应用于逆变技术，还广泛应用于整流回路，在整流回路中采用对全控型功率元器件进行PWM脉宽调制控制技术，能够让电网端的输入电流波形近似正弦波，同时让功率因数接近为1，达到大大降低直至解决整流装置对电网的谐波污染问题。加上由PWM整流单元和PWM逆变单元组成的电压型变频装置不需要增加任何附加电路和元器件，就能够控制电能的双向传输，做到真正意义上的四象限运行。

1  PWM控制技术基本工作原理

PWM脉冲宽度调节和控制技术就是通过全控型的晶闸管和晶体管进行触发控制，在改变频率的同时对输出电压也进行控制。PWM脉冲宽度调节和控制就是利用电气传动设备主回路中安装的全控型功率元件，由控制回路按照需要的规律来控制全控型功率元件的导通和关断，从而在电气传动设备的输出侧得到一组幅值相同而宽度不同的矩形脉冲波，使其近似等效于我们需要的正弦电压波形。

2  PWM控制技术在电气传动系统的应用

2.1线路传动的调试线路

PWM控制技术在电气传动系统的应用之一是线路传动的调试线路。拨动驱动状态调试的主要目的是通过线路拨动仪表调试检查各金属电路的状态隔离性能水平，确保电路处于合理状态绝缘水平标准也应重点在线控制各金属线是否接地与否，在线是确保不存在金属接地故障的良好基础。来测试一下系统是否需要做回路上电温度测试。在实际运行中，我们需要使用各种遥感仪器对系统回路温度进行2-3次测试，以确保系统回路温度能够完全达到回路绝缘系统指定的保护级别。绝缘层保护还必须能够满足系统规定的上电标准。在实际调试和电气安装过程中，我们必须按照设计图纸上的设计要求进行彻底细致的检查。仔细检查所有电气设备的每个主要部件系统，确保所有电气设备仍能正常工作。按照国家规定和调试程序进行安装。电气设备安装调试的最佳对策。

2.2回路传动调试

PWM控制技术在电气传动系统的应用之二是回路传动调试。在开展调试工作期间，相关人员应当在切实确保安全的基础上展开通电实验调试，需要进行回路传动调试，旨在对所有回路的绝缘地加大检查力度，以在最短的时间内发现并妥善处理金属接地等相关安全隐患，在实际调试期间要采取那些质量过关的摇表做好二次检测工作，旨在保障回路绝缘保护满足相关要求，保障整个电气设备安装的安全可靠。

2.3  PWM与移相结合控制DAB变换器回流功率优化

PWM控制技术在电气传动系统的应用之三是PWM与移相结合控制DAB变换器回流功率优化。随着社会进步，开发新能源逐渐成为各国的首要战略目标。双主动全桥（dual active bridge，DAB）DC/DC变换器（以下简称DAB变换器）具有结构对称、能量双向流动、电气隔离、功率密度高以及易于实现软开关等特点，已在直流配电网、电动汽车、光储微电网发电系统等领域得到广泛的应用。若DAB变换器采用传统单移相控制策略，则在一个开关周期内存在输入功率为负值现象，即存在回流功率的现象。而回流功率的存在会使得DAB变换器开关损耗增加，最终导致DAB变换器传输效率下降。因此，从减小回流功率的角度出发对DAB变换器的控制策略进行研究具有重要的价值和意义。占空比可变的PWM与移相结合控制策略的优点在于通过改变DAB变换器一次侧功率开关管的占空比和一、二次侧输出电压之间的移相角就能控制系统的输出功率，简化了控制方法，从而降低一个周期内产生回流功率时间，电感电流波形相对缓冲，系统的工作效率得到提高。

2.4基于FPGA的快速PWM闭环控制设计

程控直流电源作为电源类产品的一个重要分支，具有电压可编程和电流可编程特性，因此可实现宽范围的电压和电流输出，并且可通过串联和并联，来拓展电压和电流输出范围，以满足不同的供电和测试需求。程控直流电源只有具备优异的静态特性和动态特性，才能适应关键性测试的高性能要求，解决超调问题，提高测试安全性。程控直流电源功率变换电路的闭环控制设计，将直接影响到电源能否正常工作以及各项静态特性和动态特性。如果闭环控制不合理，将会引起电源输出振荡、无法实现电压和电流可编程输出、输出纹波和噪声较大、动态特性变差等问题，快速PWM闭环控制技术，以提高程控直流电源输出特性，满足高性能供电测试需求。

结语

为了切实确保电力系统的运行水平，第一件事情就是要将目光放在对电气设备控制的开展之上，随着全控型功率元件不断发展和技术更新，PWM控制技术必将更加广泛地用于电子技术和电力技术的各项领域，电气传动系统装置和技术将借助PWM脉冲宽度调节和控制技术的发展总趋势，将是交流变频调速逐步取代直流调速、无触点控制取代有接点逻辑控制、全数字控制与数模复合控制并存，逐步实现智能化、智慧化的发展趋势。