王晓峰

摘 要：SPWM控制方式有3种，一种是通过模拟电路控制，一种是通过数字电路控制，还有一种是通过前两者相结合的方式控制，通过SPWM控制技术可以减少输出电压中的谐波含量，可以有效的减少转矩脉动，使得高速磨床的电主轴运行更加平稳。

关键词：模拟电路；数字电路；脉冲序列

高速磨床中主要拖动系统中使用的电动机与平时使用的三相异步电动机不同，称为电主轴。其外形比普通使用的电机主轴要更细更长，其主体内部是装载有冷却水腔的，由于水腔的存在，可以很好的散发出电主轴因高速运转而产生的热量，同时采用油雾润滑轴承，要使其使用时的油雾压力保持在0.1-0.12MPa。

电主轴在工作时对电源的品质提出了相关要求，输入电压和频率直接决定了工件的成品率和精度，其中220V输入电压在±10%范围内波动时，要求输出要保持在±5%以内，频率的精度更要保持在±1%以内，为了达到要求的稳定度，要加入电压反馈环节。同时由于使用环境的原因，要加入完善的接地保护，同时因为转动惯量、低频阻抗较小，不能长期低频运行，启动和停止的次数不能过于频繁。

在满足以上要求的同时，我们加入SPWM控制，如采用模拟电路实现SPWM控制，首先要模拟元器件构成的三角波和正弦波发生器产生三角载波信号uΔ和正弦波参考信号uR，然后将两个量同时送入电压比较器，产生SPWM脉冲序列。通过这种调制方式时uΔ和uR信号的比较和确定脉宽所花的时间较短，信号几乎是瞬时完成的，不需要像数字电路一样采用软件的计算需要花一定的时间。但是这种算法所需要采用的基础硬件较多，改变相关参数和调试不够灵活。如果采用基于数字电路的SPWM逆变器，可以使用以软件为基础的相关控制模式。同时由于所用硬件数量较少而显得较为灵活，但是需要通过计算机来决定SPWM的脉冲宽度，有延时和响应时间。

通过于模拟电路确定SPWM脉冲宽度方法相似的还有自然采样法，里面是通过计算机计算来获得三角载波信号uΔ和正弦波参考信号uR的交点。交点便可方便的找到与之对应的时刻（t0、t1、t2…），在时间轴上的投影便可确定SPWM脉冲的宽度，在使用时，将正弦波的quarter周期内的uΔ和uR值计算出来写入表格存入计算机，当需要计算某时刻的uΔ和uR数值时，可通过查找表格的方法来快速得到结果，由于波形是对称的，只要得到正弦波的quarter周期的uΔ和uR值就可，在同一周期的其他时刻的数值可以通过对称关系求得。自然采样法可以较为准确的确定uΔ和uR的交点，但是计算量较大，当频率的范围变的较大时，需要对各种频率下对应的uΔ和uR值列出表格。所以只有当输入的频率变化不大时可以采用自然采样法，如果要简化计算量可以使用规则采样法。

为了简化计算量，可以采用近似的算出uΔ和uR的交点的方法，规则采样法就是使uΔ和uR用近似的交点来替代实际的交点，此种方法有一定的误差，但确实减少了计算量。

高速磨床调速控制系统：

其调速控制原理为高速磨床的主电路将三相交流电进行了可控整流，在经过逆变桥，变成中频交流电去拖动电主轴。变频器的启动方式为软启动，里面的PR板決定输出频率、电压以及电流。PR板所接阻值的大小将确定放大器电压的大小，通过电压控制触发电路，使输出电压u0的范围受到控制。同时所接阻值的大小，在经过电压/频率转换，即确定了变频器的电压值，又得到了所需要的频率。通过软启动、积分电路，保持电压/频率值不变，就能以恒转矩起动。同时调速电位器可控制电动机速度的上升和下降，当电动机速度处于其额定转速时，电位器调整在最大值的位置。当电动机需要制动时，要接入制动电阻，电压/频率的值按积分规律下降。整个变频控制系统进入能耗制动。当输出电流超过额定值时，电流互感器使变频器的输出电流值下降，从而使负载电流的增长得到限制。

通过对高速磨床进行SPWM逆变控制，可以使电主轴的转速和工艺流程得到改善，对工作的效率带来了提升。也同时满足了高速磨床拖动系统的控制要求。

参考文献：

[1]黄俊，王兆安.电力电子交流技术.北京：机械工业出版社，2010.7.

[2]胡崇岳.现代变流调速技术.北京：机械工业出版社，2007.

[3]王维平.现代电力电子技术及应用.南京：东南大学出版社，2010.