SPWM原理+單極性SPWM

1、SPWM1 SPWM基本原理SPWM19理論基于沖量等效原理：大小、波形不相同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要它們的沖量（面積），即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果相同。也就是說(shuō)，不論沖量為何種表現(xiàn)形式，只要是沖量等效的脈沖作用在慣性系統(tǒng)上，其輸出響應(yīng)是基本相同的。如果將圖3.6a所示正弦波等分成若干份，那么該正弦波也可以看做是由一系列幅值為正弦波片段的窄脈沖組成。如果每個(gè)片段的面積分別與A、B、CL、M、N所示一系列等寬不等高的矩形窄脈沖的面積相等，那么由沖量等效原理可知，由A、B、CL、M、N這些等寬不等高的矩形脈沖構(gòu)成的階梯波和正弦波是等效的。進(jìn)一步，如果讓圖1所示逆變器產(chǎn)生如圖3.6

2、b所示的一系列幅值為的等高不等寬的窄脈沖，并使每個(gè)窄脈沖的面積分別與相應(yīng)A、B、CL、M、N的面積相等，根據(jù)等效原理，圖3.6b中這些等高不等寬的窄脈沖也是與正弦波等效的。所以，不論是正弦波還是與其沖量等效的等寬不等高的階梯波，又或者是與其沖量等效的等高不等寬的窄脈沖序列，當(dāng)其作用于慣性系統(tǒng)后，最終輸出是基本相同的。也就是說(shuō)，正弦波通過(guò)慣性系統(tǒng)以后還是正弦波，與正弦波等效的窄脈沖序列通過(guò)慣性系統(tǒng)后基本也是正弦波。如圖3.6a所示，將該正弦波的半個(gè)周期均分成個(gè)相等的時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)角度為。假定第個(gè)時(shí)段的終點(diǎn)時(shí)刻為，起點(diǎn)時(shí)刻為，則第個(gè)時(shí)段中心處相位角為 (3.1)要使圖3.6b中第個(gè)時(shí)段

3、幅值為的窄脈沖的面積與對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)正弦波面積相等，脈沖寬度必須滿足式 (3.2)將3.1式代入3.2式得 (3.3)因此，第個(gè)脈沖的寬度在時(shí)段內(nèi)的占空比為 (3.4)定義調(diào)制比為 (3.5)如果、的值確定，則為一常數(shù)，從而是按正弦規(guī)律變化的，即脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。這種按正弦規(guī)律控制逆變器輸出脈沖電壓的方法稱為正弦脈寬調(diào)制。當(dāng)很大時(shí)，有，從而占空比可簡(jiǎn)化為 (3.6)調(diào)制比為 (3.7) 從以上各式可以看出，如果調(diào)制比改變，會(huì)同比例改變，逆變器輸出的基波電壓也會(huì)同比例改變。圖3.5 逆變電路圖3.6 用SPWM電壓等效正弦電壓2 單極性SPWM對(duì)應(yīng)于雙極性SPWM，如果在調(diào)制波的正半周期僅

4、有正的電壓脈沖，負(fù)半周期僅有負(fù)的電壓脈沖，則稱為單極性SPWM。單極性SPWM一般通過(guò)載波實(shí)現(xiàn)，具體有兩種方式?？梢酝ㄟ^(guò)控制信號(hào)進(jìn)行相位參差得到，也可以通過(guò)兩橋臂進(jìn)行相位參差得到11。為方便軟件算法實(shí)現(xiàn)，本文通過(guò)兩橋臂相位參差法得到。圖3.7 單極性SPWM主電路對(duì)主電路的T1、T2橋臂和T3、T4橋臂分別進(jìn)行雙極性SPWM調(diào)制。兩橋臂共用一個(gè)三角載波，所不同的是T1、T2橋臂的調(diào)制波為，而T3、T4橋臂的調(diào)制波為。T1、T2橋臂和T3、T4橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化時(shí)刻即是圖3.9所示載波與各自調(diào)制波的交點(diǎn)時(shí)刻。圖3.8 兩橋臂相位參差法單極性SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)形成電路當(dāng)時(shí)，使T1導(dǎo)通，T2截止，當(dāng)

5、時(shí)，使T1截止，T2導(dǎo)通，；當(dāng)時(shí)，使T3截止，T4導(dǎo)通，當(dāng)時(shí)，使T3導(dǎo)通，T4截止，。輸出電壓，從而可能出現(xiàn)三種情況，分別為T1、T4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，；T2、T3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，；T1、T3同時(shí)導(dǎo)通或T2、T4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，。圖3.9 兩橋臂相位參差法單極性SPWM輸出電壓波形圖3.10 單極性SPWM脈波電壓占空比及平均值圖3.10顯示了一個(gè)載波周期內(nèi)的脈沖生成過(guò)程。由圖3.10知在每一個(gè)載波周期內(nèi)產(chǎn)生了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖，在前、后半周期各產(chǎn)生了一個(gè)輸出電壓脈沖，即產(chǎn)生了脈沖數(shù)倍頻的效果，所以這種調(diào)制方式也被稱為單級(jí)倍頻SPWM調(diào)制。設(shè)圖3.10中正弦調(diào)制波，幅值為，頻率為，三角載波幅值為，頻率為。假設(shè)載波比很大，近似認(rèn)為在一個(gè)載波周期內(nèi)大小不變。從而第個(gè)脈沖的占空比為 (3.8)式中表示第個(gè)脈沖中心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的基波角度。半個(gè)載波周期內(nèi)，輸出電壓的平均面積為 (3.9)當(dāng)載波比很高時(shí)，逆變器輸出基波電壓瞬時(shí)值為 (3.10)式中，為輸出基波電壓幅值，為調(diào)制比 (3.11)式3.11表明，輸出基波電壓與調(diào)制波具有相同的頻率和相位，所以改變調(diào)制波的頻率和相位就可以改變輸出基波電壓的頻率和相位。并且，輸出基波電壓大小和調(diào)制比成正比，如果取為常數(shù)，則改變就可以改變輸出基波電壓。單極性SPWM同雙極性SPWM一樣可以消除低次諧波，使諧