1、SPWM技术简介技术简介 一一.SPWM逆变器的工作原理逆变器的工作原理 SPWM逆变器逆变器:其期望输出电压波形为其期望输出电压波形为正弦波的逆变器正弦波的逆变器. 就目前的技术而言就目前的技术而言,还不能制造出功率还不能制造出功率大、体积小、输出波形如同正弦波发大、体积小、输出波形如同正弦波发生器那样标准的可变频变压的逆变器生器那样标准的可变频变压的逆变器. 目前所采用的一种基目前所采用的一种基于等效原理的易实现于等效原理的易实现的方法的方法:就是使逆变就是使逆变器的输出波形为一器的输出波形为一系列与正弦波等效系列与正弦波等效的等幅不等宽的矩的等幅不等宽的矩形脉冲波形形脉冲波形. 等效的原
2、则等效的原则:每一等每一等分区间内正弦波的分区间内正弦波的面积与矩形波的面面积与矩形波的面积相等积相等,具体等效方具体等效方法如右图示法如右图示.t0 0O Otuu二二.单、双极性单、双极性SPWM技术技术 1.1.单极性单极性SPWM技术技术t0 0O Otuu等效正弦波等效正弦波调制波调制波载波载波Fig4单相单极性SPWM逆变电路1 2 3 4 11 10 2t6,14 PffNrc单极性SPWM电压波形单极性SPWM电压波形2 trrfv ,dVccfv ,abvO OO O12 1123456（b）由 相交确定开关点（b）由 相交确定开关点rcvv,dV3T4T3D4Db b1T2
3、T1D2Da aai负载rv驱动信号生成电路驱动信号生成电路-1+- -cv三角波三角波正弦波正弦波-1+-+-AB11,TVg22,TVg44,TVg33,TVgAVAVBVBV+SPWM逆变器的逆变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 5参参考考波波形形成成VRVR+ +rfcfoVoVrmV)(tVar)(tVbr)(tVcr 驱动信号 驱动信号- -三角波振荡器三角波振荡器AC-DC-AC变频
4、器主电路原理图UWVRST1VT3VT5VT4VT6VT2VTM3单极性调制的工作原理及工作特点单极性调制的工作原理及工作特点 (1) (1) 工作原理工作原理( (以以A A相为例结合下图讲解相为例结合下图讲解) ) 在正半周内在正半周内, ,A相的相的VT1反复通断反复通断. .当参考电当参考电压压Var大于三角波电压大于三角波电压Vc时时, ,相应比较器的输相应比较器的输出电压出电压Vda为为“正正”电平电平, ,反之则产生反之则产生“零零”电平电平. . 负半周用同样的方法调制后在倒相而成负半周用同样的方法调制后在倒相而成. .在在负半周内负半周内,A,A相的相的VT4反复通断反复通断
5、. . B、C两相只是相位上分别相差两相只是相位上分别相差120120O Ot0 0O Otuu等效正弦波等效正弦波调制波调制波载波载波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 5参参考考波波形形成成VRVR+ +rfcfoVoVrmV)(tVar)(tVbr)(tVcr 驱动信号 驱动信号- -三角波振荡器三角波振荡器(2) 工作特点工作特点 采用单极性控制时采用单极性控制时,在正弦波的半个周期内每在正弦
6、波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断相只有一个开关器件开通或关断.也就是也就是 在正弦波的正半周内逆变桥同一桥臂上的上在正弦波的正半周内逆变桥同一桥臂上的上半桥臂上的开关管半桥臂上的开关管(如如VT1)按脉冲序列的规律按脉冲序列的规律时通时断地工作时通时断地工作,而下半桥臂上的开关管而下半桥臂上的开关管(如如VT4)完全截止完全截止;在负半周内在负半周内,两个器件的工作两个器件的工作情况则正好相反情况则正好相反. 流经负载流经负载Z的便是正的便是正,负交替交变电流负交替交变电流.2.2.双极性双极性SPWM技术技术(1)工作原理工作原理ACAT1T4T6T3BT5T2dV21dV210
7、(a)电路(a)电路BC+-1+-+-1+-Vg1 T1Vg4 T4Vg6 T6Vg3 T3cV+-1+-Vg2 T2Vg5 T5参考波形成VR+rfcfoVoVrmV)(tVar)(tVbr)(tVcr(b) 驱动信号(b) 驱动信号- 三相逆变器 三相逆变器SPWM控制原理控制原理(c)电压波形图(c)电压波形图tttt0 00 00 00 00Cv0Bv0Avcrvbrvarvcvarv(2)(2)工作特点工作特点 双极性调制时双极性调制时,逆变器同一桥臂上、下两个逆变器同一桥臂上、下两个开关器件交替通断开关器件交替通断,处于互补工作方式处于互补工作方式.(例例如如A相相VT1和和VT4
8、交替通断交替通断,当当Var Vc时时, , VT1导通导通,V,Vaoao=+V=+Vd d/2;/2;反之反之, ,当当Var Vc时时, , VT4导通导通, V, Vaoao=-V=-Vd d/2./2.类似地类似地, , B相相VT3和和VT6交交替通断替通断; C相相VT5和和VT2交替通断交替通断.) 相电压为在相电压为在+V+Vd d/2/2和和-V-Vd d/2/2之间跳变的脉冲波之间跳变的脉冲波. . 线电压为幅值为线电压为幅值为+V+Vd d和和-V-Vd d的脉冲波的脉冲波, ,与单极与单极性调制时相同性调制时相同. .三三.同步调制和异步调制同步调制和异步调制 载波比
9、载波比(N):载波频率载波频率fc与调制波频率与调制波频率fr之比之比,即即N= fc / fr 视视载波比的变化与否有载波比的变化与否有同步调制和异步同步调制和异步调制调制之分之分. 1.同步调制同步调制(N为常数为常数) 2.异步调制异步调制(N不为常数不为常数) 3.分段分段同步调制同步调制四四.SPWM的数字采样法的数字采样法(SPWM波形的软件生成法波形的软件生成法) 根据根据SPWM逆变器的工作原理逆变器的工作原理, ,当载波比为当载波比为N N时时, ,在逆变器输出的一个周期内在逆变器输出的一个周期内, ,正弦调制正弦调制波与三角载波应有波与三角载波应有2N2N个交点个交点. .
10、即三角载波变即三角载波变化一个周期内化一个周期内, ,它与正弦波相交两次它与正弦波相交两次, ,相应相应的逆变器功率器件通断各一次的逆变器功率器件通断各一次. . 要准确生成这样的要准确生成这样的SPWM波形波形,就得尽量精就得尽量精确计算功率器件的确计算功率器件的导通时刻和关断时刻导通时刻和关断时刻. 功率器件导通的区间就是脉冲宽度功率器件导通的区间就是脉冲宽度;其关断其关断区间就是脉冲的间隙时间区间就是脉冲的间隙时间. 表格法表格法(ROM法法) SPWM 随时计算法随时计算法(RAM法法) 波形的波形的 软件软件 生成法生成法 等效面积法等效面积法 实时计算法实时计算法 自然采样法自然采
11、样法 规则采样法规则采样法(对称对称 和不对称规则和不对称规则 采样法采样法)1.自然采样法自然采样法t1 1AtA AB BtM1sinBt2t2tCT2t1t3tt2.2.规则采样法规则采样法(1)(1) 在三角载波每一在三角载波每一周期的正峰值找周期的正峰值找到正弦调制波上到正弦调制波上的对应点的对应点. . 由于采样水平线由于采样水平线与三角载波的交与三角载波的交点位于同一侧点位于同一侧, ,因此脉冲宽度明因此脉冲宽度明显减小显减小, ,易造成易造成控制误差控制误差. .t1 1AtABtM1sinBtCT2t1t3ttD2.2.规则采样法规则采样法(2)(2) 在三角载波每一在三角载波每一周期的负峰值找周期的负峰值找到正弦调制波上到正弦调制波上的对应点的对应点. . 采样水平线与三采样水平线与三角载波的交点位角载波的交点位于正弦调制波两于正弦调制波两侧侧, ,脉宽生成误脉宽生成误差差( (与与自然采样自然采样法比法比)明显减小明显减小, ,所得所得SPWMSPWM波形更波形更准确准确. .t1 1AtABtM1sinBtCT2t1t3ttD
