一正弦脈寬調(diào)制簡介

　　工程實(shí)際中應(yīng)用最多的是正弦PWM法(簡稱SPWM)，它是在每半個(gè)周期內(nèi)輸出若干個(gè)寬窄不同的矩形脈沖波，每一矩形波的面積近似對(duì)應(yīng)正弦波各相應(yīng)每一等份的正弦波形下的面積可用一個(gè)與該面積相等的矩形來代替，于是正弦波形所包圍的面積可用這N個(gè)等幅(Vd)不等寬的矩形脈沖面積之和來等效。
　　各矩形脈沖的寬度自可由理論計(jì)算得出，但在實(shí)際應(yīng)用中常由正弦調(diào)制波和三角形載波相比較的方式來確定脈寬：因?yàn)榈妊切尾ǖ膶挾茸陨舷蛳率蔷€性變化的，所以當(dāng)它與某一光滑曲線相交時(shí)，可得到一組幅值不變而寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖。若使脈沖寬度與正弦函數(shù)值成比例，則也可生成SPWM波形。在工程應(yīng)用中感興趣的是基波，假定矩形脈沖的幅值Vd恒定，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)N也不變，通過理論分析可知，其基波的幅值V1m脈寬δi有線性關(guān)系。
　　在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小。反之，當(dāng)正弦值較小時(shí)，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈寬調(diào)制。

圖. 采用正弦脈寬調(diào)制的變頻器輸出電壓和電流波形圖

二正弦脈寬調(diào)制生成方法

01雙極性SPWM法

　　雙極性控制則是指在輸出波形的半周期內(nèi)，逆變器同一橋臂中的兩只元件均處于開關(guān)狀態(tài)，但它們之間的關(guān)系是互補(bǔ)的，即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。這樣輸出波形在任何半周期內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)正、負(fù)極性電壓交替的情況，故稱之為雙極性控制。與單極性控制方式相比，載波和控制波都變成了有正、負(fù)半周的交流方式，其輸出矩形波也是任意半周中均出現(xiàn)正負(fù)交替的情況。

02SPWM生成方法

　　正弦脈寬調(diào)制波(sPwM)的生成方法可分為硬件電路與軟件編程兩種方式。
　　按照前面講述的PWM逆變電路的基本原理和控制方法，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)功率開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成SPWM波形。但這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制。微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成的SPWM波形變得比較容易，因此，目前SPWM波形的生成和控制多用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)。本節(jié)主要介紹用軟件生成SPWM波形的幾種基本算法。

三自然采樣法

　　按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開關(guān)器件的通斷，這種生成SPWM波形的方法稱為自然采樣法。正弦波在不同相位角時(shí)其值不同，因而與三角波相交所得到的脈沖寬度也不同。另外，當(dāng)正弦波頻率變化或幅值變化時(shí)，各脈沖的寬度也相應(yīng)變化。要準(zhǔn)確生成SPWM波形，就應(yīng)準(zhǔn)確地算出正弦波和三角波的交點(diǎn)。

　　右圖給出了用自然采樣法生成SPWM波形的方法。

　　交點(diǎn)A是發(fā)出脈沖的時(shí)刻tA，交點(diǎn)B是結(jié)束脈沖的時(shí)刻tB，t2為脈寬，t1+t3為脈寬間歇時(shí)間，Tc=t1+t2+t3。為載波周期，M=Urm/Utm為調(diào)制度，Urm為調(diào)制波幅值，Utm為載波幅值。設(shè)Utm=1，則Urm=M，正弦調(diào)制波為ur=Msinω1t，ω1為調(diào)制頻率，也是逆變器輸出頻率。由幾何相似三角形關(guān)系可得脈寬計(jì)算式t2=Tc/2[1+M/2(sinω1tA+sinω1tB)]，這是一個(gè)超越方程，tA、tB與載波比N和調(diào)制度M都有關(guān)系，求解困難，并且tl≠t3，計(jì)算更增加困難，這種采樣法不適宜微機(jī)實(shí)時(shí)控制。

四規(guī)則采樣法

　　規(guī)則采樣法的實(shí)質(zhì)是用階梯波來代替正弦波，使算法簡化。在規(guī)則法中，三角波每個(gè)周期的采樣時(shí)刻都是確定的，不作圖就可算出相應(yīng)時(shí)刻的正弦波值。以規(guī)則采樣Ⅱ法為例，采樣時(shí)刻的正弦波值依次為Msinω1te、Msin (ω1te+Tc)、Msin (ω1te+2Tc)…，由幾何相似三角形關(guān)系可得脈寬計(jì)算公式t2=Tc/2(1+Msinω1te)。間歇時(shí)間t1=t3=1/2(Tc-t2)，實(shí)用的逆變器多是三相的，因此還應(yīng)形成三相的SPWM波形。

　　三相的SPWM波形。三相正弦調(diào)制波互差120°，三角波是公用的。這時(shí)A相和B相脈沖波形相同。三相脈寬時(shí)間總和為ta2 +tb2+tc2一(3/2)Tc三相間隙時(shí)間總和為3Tc-(3/2)Tc一(3/2)Tc脈沖兩側(cè)間隙時(shí)間相等，ta1+tb1+tc1=ta3+tb3+tc3一(3/4)Tc。

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