SPWM控制技術(shù)

1、SPWM控制技術(shù)控制技術(shù) 一一.SPWM逆變器的工作原理逆變器的工作原理 SPWM逆變器逆變器:其期望輸出電壓波形為其期望輸出電壓波形為正弦波的逆變器正弦波的逆變器. 就目前的技術(shù)而言就目前的技術(shù)而言,還不能制造出功率還不能制造出功率大、體積小、輸出波形如同正弦波發(fā)大、體積小、輸出波形如同正弦波發(fā)生器那樣標(biāo)準(zhǔn)的可變頻變壓的逆變器生器那樣標(biāo)準(zhǔn)的可變頻變壓的逆變器. 目前所采用的一種基目前所采用的一種基于等效原理的易實(shí)現(xiàn)于等效原理的易實(shí)現(xiàn)的方法的方法:就是使逆變就是使逆變器的輸出波形為一器的輸出波形為一系列與正弦波等效系列與正弦波等效的等幅不等寬的矩的等幅不等寬的矩形脈沖波形形脈沖波形. 等效的原

2、則等效的原則:每一等每一等分區(qū)間內(nèi)正弦波的分區(qū)間內(nèi)正弦波的面積與矩形波的面面積與矩形波的面積相等積相等,具體等效方具體等效方法如右圖示法如右圖示.t0 0O Otuu二二.單、雙極性單、雙極性SPWM技術(shù)技術(shù) 1.1.單極性單極性SPWM技術(shù)技術(shù)t0 0O Otuu等效正弦波等效正弦波調(diào)制波調(diào)制波載波載波Fig4單相單極性SPWM逆變電路1 2 3 4 11 10 2t6,14 PffNrc單極性SPWM電壓波形單極性SPWM電壓波形2 trrfv ,dVccfv ,abvO OO O12 1123456（b）由 相交確定開關(guān)點(diǎn)（b）由 相交確定開關(guān)點(diǎn)rcvv,dV3T4T3D4Db b1T2

3、T1D2Da aai負(fù)載rv驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成電路-1+- -cv三角波三角波正弦波正弦波-1+-+-AB11,TVg22,TVg44,TVg33,TVgAVAVBVBV+SPWM逆變器的逆變器的工作原理工作原理+-1-1+-+-1-1+-V Vg1 Tg1 T1 1V Vg4 Tg4 T4 4V Vg6 Tg6 T6 6V Vg3 g3 T T3 3cV+-1-1+-V Vg2 Tg2 T2 2V Vg5 Tg5 T5 5參參考考波波形形成成VRVR+ +rfcfoVoVrmV)(tVar)(tVbr)(tVcr 驅(qū)動(dòng)信號(hào) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)- -三角波振蕩器三角波振蕩器AC-DC-AC變頻

4、器主電路原理圖UWVRST1VT3VT5VT4VT6VT2VTM3單極性調(diào)制的工作原理及工作特點(diǎn)單極性調(diào)制的工作原理及工作特點(diǎn) (1) (1) 工作原理工作原理( (以以A A相為例結(jié)合下圖講解相為例結(jié)合下圖講解) ) 在正半周內(nèi)在正半周內(nèi), ,A相的相的VT1反復(fù)通斷反復(fù)通斷. .當(dāng)參考電當(dāng)參考電壓壓Var大于三角波電壓大于三角波電壓Vc時(shí)時(shí), ,相應(yīng)比較器的輸相應(yīng)比較器的輸出電壓出電壓Vda為為“正正”電平電平, ,反之則產(chǎn)生反之則產(chǎn)生“零零”電平電平. . 負(fù)半周用同樣的方法調(diào)制后在倒相而成負(fù)半周用同樣的方法調(diào)制后在倒相而成. .在在負(fù)半周內(nèi)負(fù)半周內(nèi),A,A相的相的VT4反復(fù)通斷反復(fù)通斷

5、. . B、C兩相只是相位上分別相差兩相只是相位上分別相差120120O Ot0 0O Otuu等效正弦波等效正弦波調(diào)制波調(diào)制波載波載波1VT4VTZ Z+-1-1+-+-1-1+-V Vg1 Tg1 T1 1V Vg4 Tg4 T4 4V Vg6 Tg6 T6 6V Vg3 g3 T T3 3cV+-1-1+-V Vg2 Tg2 T2 2V Vg5 Tg5 T5 5參參考考波波形形成成VRVR+ +rfcfoVoVrmV)(tVar)(tVbr)(tVcr 驅(qū)動(dòng)信號(hào) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)- -三角波振蕩器三角波振蕩器(2) 工作特點(diǎn)工作特點(diǎn) 采用單極性控制時(shí)采用單極性控制時(shí),在正弦波的半個(gè)周期內(nèi)每在正弦

6、波的半個(gè)周期內(nèi)每相只有一個(gè)開關(guān)器件開通或關(guān)斷相只有一個(gè)開關(guān)器件開通或關(guān)斷.也就是也就是 在正弦波的正半周內(nèi)逆變橋同一橋臂上的上在正弦波的正半周內(nèi)逆變橋同一橋臂上的上半橋臂上的開關(guān)管半橋臂上的開關(guān)管(如如VT1)按脈沖序列的規(guī)律按脈沖序列的規(guī)律時(shí)通時(shí)斷地工作時(shí)通時(shí)斷地工作,而下半橋臂上的開關(guān)管而下半橋臂上的開關(guān)管(如如VT4)完全截止完全截止;在負(fù)半周內(nèi)在負(fù)半周內(nèi),兩個(gè)器件的工作兩個(gè)器件的工作情況則正好相反情況則正好相反. 流經(jīng)負(fù)載流經(jīng)負(fù)載Z的便是正的便是正,負(fù)交替交變電流負(fù)交替交變電流.2.2.雙極性雙極性SPWM技術(shù)技術(shù)(1)工作原理工作原理ACAT1T4T6T3BT5T2dV21dV210

7、(a)電路(a)電路BC+-1+-+-1+-Vg1 T1Vg4 T4Vg6 T6Vg3 T3cV+-1+-Vg2 T2Vg5 T5參考波形成VR+rfcfoVoVrmV)(tVar)(tVbr)(tVcr(b) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)(b) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)- 三相逆變器 三相逆變器SPWM控制原理控制原理(c)電壓波形圖(c)電壓波形圖tttt0 00 00 00 00Cv0Bv0Avcrvbrvarvcvarv(2)(2)工作特點(diǎn)工作特點(diǎn) 雙極性調(diào)制時(shí)雙極性調(diào)制時(shí),逆變器同一橋臂上、下兩個(gè)逆變器同一橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)器件交替通斷開關(guān)器件交替通斷,處于互補(bǔ)工作方式處于互補(bǔ)工作方式.(例例如如A相相VT1和和VT4

8、交替通斷交替通斷,當(dāng)當(dāng)Var Vc時(shí)時(shí), , VT1導(dǎo)通導(dǎo)通,V,Vaoao=+V=+Vd d/2;/2;反之反之, ,當(dāng)當(dāng)Var Vc時(shí)時(shí), , VT4導(dǎo)通導(dǎo)通, V, Vaoao=-V=-Vd d/2./2.類似地類似地, , B相相VT3和和VT6交交替通斷替通斷; C相相VT5和和VT2交替通斷交替通斷.) 相電壓為在相電壓為在+V+Vd d/2/2和和-V-Vd d/2/2之間跳變的脈沖波之間跳變的脈沖波. . 線電壓為幅值為線電壓為幅值為+V+Vd d和和-V-Vd d的脈沖波的脈沖波, ,與單極與單極性調(diào)制時(shí)相同性調(diào)制時(shí)相同. .三三.同步調(diào)制和異步調(diào)制同步調(diào)制和異步調(diào)制 載波比

9、載波比(N):載波頻率載波頻率fc與調(diào)制波頻率與調(diào)制波頻率fr之比之比,即即N= fc / fr 視視載波比的變化與否有載波比的變化與否有同步調(diào)制和異步同步調(diào)制和異步調(diào)制調(diào)制之分之分. 1.同步調(diào)制同步調(diào)制(N為常數(shù)為常數(shù)) 2.異步調(diào)制異步調(diào)制(N不為常數(shù)不為常數(shù)) 3.分段分段同步調(diào)制同步調(diào)制四四.SPWM的數(shù)字采樣法的數(shù)字采樣法(SPWM波形的軟件生成法波形的軟件生成法) 根據(jù)根據(jù)SPWM逆變器的工作原理逆變器的工作原理, ,當(dāng)載波比為當(dāng)載波比為N N時(shí)時(shí), ,在逆變器輸出的一個(gè)周期內(nèi)在逆變器輸出的一個(gè)周期內(nèi), ,正弦調(diào)制正弦調(diào)制波與三角載波應(yīng)有波與三角載波應(yīng)有2N2N個(gè)交點(diǎn)個(gè)交點(diǎn). .

10、即三角載波變即三角載波變化一個(gè)周期內(nèi)化一個(gè)周期內(nèi), ,它與正弦波相交兩次它與正弦波相交兩次, ,相應(yīng)相應(yīng)的逆變器功率器件通斷各一次的逆變器功率器件通斷各一次. . 要準(zhǔn)確生成這樣的要準(zhǔn)確生成這樣的SPWM波形波形,就得盡量精就得盡量精確計(jì)算功率器件的確計(jì)算功率器件的導(dǎo)通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻導(dǎo)通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻. 功率器件導(dǎo)通的區(qū)間就是脈沖寬度功率器件導(dǎo)通的區(qū)間就是脈沖寬度;其關(guān)斷其關(guān)斷區(qū)間就是脈沖的間隙時(shí)間區(qū)間就是脈沖的間隙時(shí)間. 表格法表格法(ROM法法) SPWM 隨時(shí)計(jì)算法隨時(shí)計(jì)算法(RAM法法) 波形的波形的 軟件軟件 生成法生成法 等效面積法等效面積法 實(shí)時(shí)計(jì)算法實(shí)時(shí)計(jì)算法 自然采樣法自然采

11、樣法 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法(對(duì)稱對(duì)稱 和不對(duì)稱規(guī)則和不對(duì)稱規(guī)則 采樣法采樣法)1.自然采樣法自然采樣法t1 1AtA AB BtM1sinBt2t2tCT2t1t3tt2.2.規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法(1)(1) 在三角載波每一在三角載波每一周期的正峰值找周期的正峰值找到正弦調(diào)制波上到正弦調(diào)制波上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn). . 由于采樣水平線由于采樣水平線與三角載波的交與三角載波的交點(diǎn)位于同一側(cè)點(diǎn)位于同一側(cè), ,因此脈沖寬度明因此脈沖寬度明顯減小顯減小, ,易造成易造成控制誤差控制誤差. .t1 1AtABtM1sinBtCT2t1t3ttD2.2.規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法(2)(2) 在三角載波每一在三角載波每一周期的負(fù)峰