Широтно Импульсная Модуляция (PWM - Pulse Width Modulation) это способ задания аналогового сигнала цифровым методом, то есть из цифрового выхода, дающего только нули и единицы получить аналоговые, плавно изменяющиеся величины.

Можно провести аналогию с маховиком, который можно вращать электродвигателем. Если двигатель вращается постоянно, то он плавно разгоняет маховик до своей нооминальной скорости, если же мотор отключить то вскоре, за счет работы сил трения, маховик остановится.

Мы можем регулировать обороты такой системы с большим моментом инерции, если будем кратковременно включать и отключать электродвигатель. Рывки скорости сгладятся за счет инерционности маховика. Средняя скорость будет зависеть от продолжительности включения двигателя.

Чем больше продолжительность включения двигателя в минуту, тем выше будет скорость вращения маховика. При ШИМ на выходе сигнал состоит из высоких и низких уровней (применимо к нашей аналогии — включаем и выключаем двигатель), то есть логических нулей и единиц. Затем сигнал проходит через интегрирующую цепочку (в аналогии — маховик, в реальности это реактивное сопротивление обмоток электродвигателя). В результате интегрирования на выходе будет величина напряжения, равная площади под импульсами.

Меня скважность (отношение длительности периода к длительности импульса) можно плавно менять эту площадь, а значит и напряжение на выходе. Таким образом, если на выходе сплошные 1, то на выходе будет напряжение высокого уровня, если нули, то ноль. Меняя скважность по синусоидальному закону получим синусоидальное выходное напряжение.

Следующие симуляции показывают процесс переключения между транзисторами (IGBT) и обратными диодами преобразователя. Управление транзисторами производится с помощью ШИМ, соответственно синусоидаьный ток протекает через обмотки двигателя. Результирующая синусоида на выходе формируется благодаря высокочастотным колебаниям несущей частоты (частоты модуляции). Увеличение несущей частоты приводит к уменьшению гармонических составляющих выходного напряжения.

В каждой фазе ШИМ преобразователя стоят IGBT транзисторы и они переключаются по строго определенному закону. Амплитуда тока, протекающего по цепям преобразователя в каждой фазе не повторяет форму задающего напряжения (несущей частоты), но это поддерживается благодаря индуктивности электродвигателя. В момент когда транзисторы в фазе уже закрыты, а направление тока еще непоменялось, ток протекает через обратные диоды.

(1) Первый апплет показывает характер изменений во времени сигнала используемого для генерации сигнала переключения силовых ключей. Перетаскивание мышкой самой левой красной точки увеличивает или уменьшает частоту треугольного несущего сигнала uH, которые определяет несущую частоту. Для преобразователей Lenze мы можем переключать несущую частоту в параметрах настройки в пределах 4, 6, 8 и 10 кГц.

(2) Перетаскивание красной точки на вершине синусоидального сигнала задания (uSt) изменяет амплитуду сигнала задания. Перетаскивание красной точки вниз через горизонтальную ось координат изменяет фазу сигнала задания (ка сравнение с синусоидальным внутренним напряжением наргузки uA).

(3) Перетаскивание мышкой красной точки на фазовой диаграмме (внизу, справа) приводит к аналогичным результатам, описанным в пункте 2.

(4) Перетаскивание вертикального красного маркера вдоль оси времени во втором апплете определяет момент времени. Соответствующий путь протекания тока отображается на схематическом изображении силовой цепи (внизу слава).