SPWM变频器FR-A540在数控机床上的应用

1、SPWM变频器FR-A540在数控机床上的应用SPWM/变频器/FR-A540/数控机床1 引言 随着交流调速技术的发展，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴配变频器控制的方式。变频器可分为交交变频和交直交变频两种。交交变频，利用可控硅整流器直接将工频电变成频率较低的脉动交流电，这个脉动交流电的基波就是所需的变频电压。交直交变频方式是先将交流电整流成直流电，然后将直流电压变成矩形脉冲波电压，这个矩形脉冲波的基波就是所需的变频电压。这种调频方式，所得交流电的波动小，调频范围宽，调节线性度好。目前，数控机床都常采用SPWM交直交变频器。2 SPWM变频器结构原理 SPWM变频器是目前应用最广、最基

2、本的一种交直交变频器，也称为正弦波PWM变频器，具有输入功率因数高和输出波形好等优点。2.1 SPWM变频器的基本组成 SPWM变频器主要由整流器、中间直流环节、逆变器和控制电路组成，如图1所示。整流器主要是将电网整流成直流；逆变器是通过三相桥式逆变电路将直流转换成任意频率的三相交流；中间环节由称为储能环节，来缓冲运行中的无功功率；控制电路主要是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制以及完成各种保护功能。图1 SPWM变频器的基本组成2.2 三相电压型SPWM变频器的主回路 三相电压型SPWM变频器的主回路如图2所示。该回路由两部分组成，左侧的桥式整流电路和右侧的逆变器电路，逆变器是核心。

3、桥式整流电路的作用是将三相工频交流电变成直流电；逆变器则是将整流电路输出的直流电压变成三相交流电，控制电机的运行。整流之后，并联一个大容量的电容Cd，来实现直流输出电压具有电压源特性，内阻很小，使逆变器的交流输出电压被箝为矩形波，与负载性质无关。直流回路电感Ld起限流作用，电感量很小。图2 三相电压型SPWM变频器的主回路2.3 SPWM原理 SPWM波就是把正弦波分成2N等分，然后把每一等份的正弦曲线与横坐标所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，这样就得到2N个等高而不等宽的脉冲。SPWM波形可采用模拟电路、以“调制”方法实现。SPWM调制是用脉冲宽度不等的一系列矩形脉冲去逼

4、近一个所需要的电压信号，利用三角波电压与参考电压相比较，以确定各分段矩形脉冲的宽度。 要获得三相SPWM脉宽调制波形，需要3个互成120的控制电压UA，UB，UC分别与同一三角波比较，获得三路互成120SPWM脉宽调制波UOA、UOB、UOC。三相控制电压UA，UB，UC的幅值和频率都是可调的。三角波频率为正弦波频率3倍的整数倍，所以保证了三路脉冲调制波形UOA、UOB、UOC和时间轴所组成的面积随时间的变化互成120相位角。三相SPWM控制电路如图3所示。图3 三相SPWM控制电路3 FR-A540变频器 FR-A540变频器，采用先进磁通矢量控制方式，调速比可达1:120(0.5-60Hz)；可拆风扇和接线端子，维护方便，柔性PWM，实现更低噪音运行；内置RS485通信口，可插扩展卡符合全世界主要通信标准；PID等各种功能适合各种应用场合。FR-A540变频器的接线端子如图4所示。图4 FR-A540变频器的接线端子4 FR-A540变频器在数控机床的应用 数控系统与FR-A540变频器连接主要包括CNC到变频器的信号、变频器到CNC信号、变频器到机床侧的信号，如图5所示。5 结束语 本文从SPWM变频器结构原理，FR-A540变频器，FR-A540变频器在数控机床的应用三个方面介绍了PWM变频器的结构、工作原理；FR-A540变频器