调速系统频率变化范围较大、频率段数很多时，将占用大量内存空间。自然采样法用于有限调速范围的场合。 规则采样法：设法使SPWM波形的每一个脉冲都与三角载波的中心线相对，从而简化计算。查表法：（开环系统）一般可以事先离线在通用计算机上算出规则采样法相应的脉宽后写入EPROM，然后由调速系统的微型机通过查表和加减运算求出各相脉冲的时间和间隙时间。实时计算法：（闭环系统）在内存中存贮正弦函数和TC/2值，控制时先取出正弦值与调速系统所需的调制度M作乘法运算，再根据给定的载波频率取出对应的TC/2值，与Msinw1te作乘法运算，然后运用加、减、移位即可求出脉宽时间t2和间隙时间t1、t3。
③ 指定谐波消去法：从消除某些指定次数的谐波出发，通过计算来确定各个脉冲的开关时刻，从而生成SPWM波。一般用离线迭代计算事先求出不同输出频率下各开关角的数值解，放入微机内存，以备控制时取用。
具体工作过程说明见陈伯时主编.电力拖动自动控制系统。
问题6-5：SPWM的三种调制方式为：同步调制、异步调制和分段同步调制。
问题6-6：SPWM逆变器是利用正弦波信号与三角波信号相比较后，而获得一系列（A）的脉冲波形。
A、等幅不等宽； B、等宽不等幅； C、等幅等宽； D、不等宽不等幅； 在一般的交—直—交变频器供电的变压变频调速系统中，为了获得变频调速所要求的电压频率协调控制，整流器必须是可控的，调速时须同时控制整流器UR和逆变器UI，这样就带来了一系列的问题。主要是： （1）、主电路有两个可控的功率环节，相对来说比较复杂； （2）、由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等大惯性元件存在，使系统的动态响应缓慢； （3）、由于整流器是可控的，使供电电源的功率因数岁变频装置输出频率的降低而变差，并产生高次谐波电流； （4）、逆变器输出为六拍阶梯波交变电压（电流），在拖动电动机中形成较多的各次谐波，从而产生较大的脉动转矩，影响电机的稳定工作，低速时尤为严重。因此，由第一代电力电子器件所组成的变频装置已不能令人满意地适应近代交流调速系统对变频电源的需要。随着第二代电力电子器件的出现以及微电子技术的发展，出现了解决这个问题的良好条件。 1964年，德国的A.Schonung等率先提出了脉宽调制变频的思想，他们把通讯系统中的调制技术推广引用于交流变频。用这种技术构成的PWM变频器基本上解决了常规六拍阶梯波变频器中存在的问题，为近代交流调速系统开辟了新的发展领域。下图表示了SPWM变频器
的原理图。
图6-1 SPWM交—直—交变压变频器的原理框图 图6-2 SPWM变压变频器主电路的原理图
上图是SPWM交—直—交变压变频器的原理框图，它仍是一个交—直—交变压变频装置，但它的整流器UR是不可控的，它的输出电压经电容滤波（可附加小电感限流）后形成恒定幅值的直流电压，加在逆变器UI上，逆变器的功率开关器件采用全控式器件），按一定规律控制器导通或断开，使输出端获得一系列宽度不等的矩形脉冲电压波形。在这里，通过改变脉冲的不同宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值，通过改变调制周期可以控制器输出频率，从而同时实现变压和变频。 SPWM变压变频器的主要特点如下：
（1）主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构。
（2）采用了不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。
（3）逆变器同时实现调频与调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。 （4）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，因而转矩脉动小，大大扩展了传动系统的调速范围，提高了系统的性能。
问题6-7： 请简述SPWM正弦脉宽调制原理
所谓的正弦脉宽调制（SPWM）波形，就是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。等效的原则时每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作n等分，然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合。这样，由n各等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波的半周等效，称作SPWM波形。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。这种正弦波正、负半轴分别用正、负脉冲等效的SPWM波形称作单极式SPWM。图6-3是SPWM变压变频器主电路的原理图，图中VT1～VT6是逆变器的六个全控式功率开关器件，他们各有一个续流二极管反并联接。整个逆变器由三相不可控整流器供电，所提供的直流恒压电压为Us 。为分析方便起见，认为异步电机定子燃组Y联结，其中点0与整流器输出端滤波电容器的中点0相连，因而当逆变器任一相导通时，电机绕组上所获得的相电压为Us／2。
问题6-8：怎样产生SPWM波？ 脉宽调制变压变频器的控制方法
原始的SPWM是由模拟控制来实现的。图6-4 是SPWM变压变频器的模拟控制电路原理框图。三相对称的参考电压调制信号ura 、urb 、urc 由参考信号发生器提供，器频率和幅值都是可调的。三角载波信号ut由三角波发生器提供，各相共用。它分别是每相调制信号在比较器上进行比较，给出“正”或“零”的饱和输出，产生SPWM脉冲序列波uda 、udb 、udc ，作为变压变频器功率开关器件的驱动信号。
图6-3 SPWM变压变频器的模拟控制电路图 图6-4 SPWM变压变频器的Simulink模块图
虽然此模拟控制电路很少应用，但因为用MATLAB很容易仿真，且可以对输出的SPWM波形的频率和幅值都是可调的。所以才采用Simulink中的模块做SPWM变压变频发生器和示波器。
图6-4中，将三相正弦波作为基准的调制波（Modulation Wave），而三角波发生器产生的三角波信号作为载波（Carrier Wave）。当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻。具体的做法是，当A相的调制波电压URA高出载波电压Ut 时，使相应的开关器件VT1导通，输出正的脉冲电压；当URA的负半周中，可用类似的方法控制下桥臂的VT4 ，输出负的脉冲电压序列，改变调制波的频率时，输出电压基波的频率也随之改
‘
变；降低调制波的幅值时，如URA ，各段脉冲的宽度都将变窄，从而使输出电压基波的幅值也相应减小。上述的单极式SPWM波形在半周内的脉冲电压只在“正”（或“负”）和“零” 之间变化，主电路每项只有一个开关器
件反复通断。如果让同一桥臂上、下两个开关器件交替地导通与关断，则输出脉冲在“正”和“负”之间变化，就得到双极式的SPWM波形。 图6-5 双极式SPWM波形
问题6-9：什么是SPWM的数学控制方法？ 数学控制是SPWM目前常用的控制方法。可以采用微机存储预先计算好的SPWM数据表格，控制是根据指令调出；或者通过软件实时生成SPWM波形。而“面积等效算法”则是其中最简单的一种方法。
它的基本原理是按面积相等的原则构成与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。如图3-7绘出了单极式的SPWM波形，它是由逆变器上桥臂中一个功率开关器件反复导通和关断形成的。其等效正弦波为Umsinω而SPWM脉冲序列波的幅值为Us／2，各脉冲不等宽，但中心间距相同，1t，
都等于л/n，n为正弦波半个周期内的脉冲数。令第i个矩形脉冲的宽度为δi ，其中心点相位角为
??i?US?2nsin?td(?t)?2Usin?i?Um??sin?i11m??22ni2n?i?
2?Umsin?inUs （6-1）
这就是说，第i个脉冲的宽度与该处正弦波值近似成正比.因此，与半个周期正弦波等效的SPWM波是两侧窄、中间宽、脉宽按正弦规律逐渐变化的序列脉冲波形。根据上述原理，SPWM脉冲波形的宽度可以严格地用计算方法求得，采用数字控制时，这是很容易实现的。我刚开始做这个脉冲发生器时用的就是计算方法，但是在MATLAB中运用这种方法虽然方便简单，但是脉冲发生器产生的SPWM波形的频率就不能改变了，所以我选择了第一种方法。
七、 双馈调速和内反馈
问题7-1： 什么是双馈调速?它与串级调速由什么不同？
（胡宗岳，近代交流调速技术：21-24，机械工业出版社，P309） 双馈调速是将定、转子三相绕组分别接入两个相对独立的三相对称电源：电子绕组接入工频电源，转子绕组接入频率、幅值、相位都可以按要求进行调节的交流电源，即采用交-交变频器和交-直-交变频器给转子绕组供电。其中必须保证在任何情况下，转子外加电压的频率都要与转子感应电动势的频率保持一致。当改变转子外加电压的幅值和相位时就可以调节异步电动机的转速，也可以调节定子侧的功率因数。这种双馈调速的异步电机不但可以在此同步转速区运行，而且可以在超同步转速区运转，因此，双馈调速也叫超同步调速。 串级调速是对转子绕组中的电流进行整流，并以直流形式在转子绕组中串入外加电动势，也叫低同步串级调速系统，这是由于转差功率只能单方向由整流器送出的缘故。串级调速是双馈调速的一种特殊情况。
设转子外加电压E2与转子感应电动势SE2同相位
?'?U?'sE'j?U'j(???)sE22??2I?'2[e2?2'e]''r2?jsx2z2sE2转子电流
'2''sE2U2T?c?m'cos?2(1?')z2sE2=T+/- T‘
电磁转矩DD
'm'U2(1?')sE2 ’
理想空载转速n=n1(1-s)=n1
问题7-2：请说明双馈调速的五种情况的功率流动情况
（胡宗岳，近代交流调速技术：21-24，机械工业出版社，P312） ① 转子运行于次同步电动状态（1＞S`＞0）
电磁功率＞0，从电源流向负载；机械功率＞0，从电机输给机械负载；
转差功率＜0，回馈给转子外接电源，属于电动运行状态，电磁转矩为拖动性转矩。
② 转子运行于次同步速的定子回馈制动状态（1＞S`＞0）
电磁功率＜0，从电机回馈给定子电源；机械功率＜0，从原动机输给电机；
转差功率＞0，转子外接电源输给电机，属于电动运行状态，电磁转矩为制动性转矩。 ③ 转子运行于超同步电动状态（S`＜0
电磁功率＞0，从定子电源输向电机；机械功率＞0，从电机输给机械负载；
转差功率＞0，转子外接电源输给电机，属于电动运行状态，电磁转矩为制动性转矩。 ④ 转子运行于超同步速的定子回馈制动状态（S`＜0
电磁功率＜0，从电机回馈给定子电源；机械功率＜0，从原动机输给电机；
转差功率＜0，回馈给转子外接电源，属于电动运行状态，电磁转矩为制动性转矩。 ⑤ 转子运行于倒拉反转的电动状态（S`＞1）
电磁功率＞0，从定子电源输给电机；机械功率＜0，从原动机输给电机；
转差功率＜0，由电动机回馈给转子外接电源，属于电动运行状态，电磁转矩为拖动性转矩。
问题7-3：双馈调速中为了实现任何转速下变频器输出的电压与转子感应电动势同频率，用于变频电源频率控制的方法有哪些？
（胡宗岳，近代交流调速技术：21-24，机械工业出版社，P340）
双馈调速中为了实现任何转速下变频器输出的电压与转子感应电动势同频率，用于变频电源频率控制的方法有：他控式和自控式。
①他控式：由独立的频率可控正弦波发生器发出控制信号，去控制交交变频器，使之产生转差频率的电压U2，每个控制信号的给定值都对应着一个确定的频率f2，即对应着异步电动机的一个确定转速，此转速和异步电动机的负载无关。
这种运行方式的异步电动机实际上相当于转子加交流励磁的同步电动机运行，只不过转速可以调节而已，因此又称同步工作方式。
他控式双馈调速的异步电动机在突加负载、快速调节转速、或其他参数突变的情况下，很难保持稳定和容易振荡。
其解决办法是：快速调节转子绕组中电流的相位和幅值。 他控式双馈调速适合于负载平稳、对调速快速性要求不高的场合，如风机、泵类负载的调速，实际中一般不采用。
②自控式又称异步工作方式，异步电动机转子侧电源的频率是通过系统内的调节环节，根据电动机的状态自动控制，这个频率要求自动跟踪异步电动机的转差频率。 为了检测转差频率，需要在系统中安装位置检测器（差频信号检测器），以检测转子位置，实现相位控制。
自控式双馈调速异步电动机具有异步电动机的特点，即使转速达到同步转速还具有异步电动机的特点：转速随轴上负载而变化。与普通异步电动机的不同之处是定子侧无功功率可调。 自控式双馈调速异步电动机避免了失步现象，其稳定性好，适用于轧钢机等具有冲击性负载的场合。
问题7-4：双馈调速异步电动机的起动方法有哪些？
双馈调速异步电动机的起动方法基本上可分为：转子绕组串电阻启动和利用现成的交-交变频器启动。
① 转子绕组串电阻或串电抗器启动方法最适合于风机类负载，它利用有级或无级改变电阻的方法控制异步电动机的起动电流和启动转矩。这种启动方法可靠性高、成本低，但整个装置的重量和体积要增大。