数字式SPWM型逆变器的谐波分析.pdf

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1、第23卷第2期电力自动化设备Voi.23No.22003年2月EiectricPowerAutomationEguipmentFeb.2003数字式SPWM型逆变器的谐波分析夏尚学，田建设，贺春，魏晓光（华北电力大学电力工程系，河北保定071003）摘要：基于等面积算法，针对数字式正弦脉宽调制SPWM（SinePuiseWidthModuiation）型逆变器，考虑到数据的存储和开关器件的最小开关时间间隔等因素，提出了一种近似等面积算法，并以单极性近似等面积法为例，运用傅氏级数理论，通过VB编程，进行计算机仿真计算，分

2、析了逆变器输出电压"out的谐波成分，所得的仿真结果与单极性等面积法及自然采样法的谐波成分进行了比较，单极性近似等面积算法的谐波幅值及单极性等面积算法与自然采样法的谐波幅值没有明显的变化，但数字式SPWM型逆变器能够减少开关器件的开关次数、减少开关损耗，说明该法对数字式逆变器和滤波器的设计能够提供一定的理论参考，对于数据的存储还待进一步研究。关键词：正弦脉宽调制；谐波；逆变器；等面积法+1文献标识码中图分类号：TM761：A文章编号：1006-6047（2003）02-0008-03出波形"out就与正弦半波"等效；同

3、样正弦波的负半0引言周也可用同样的方法等效，SPWM的关键就是找到这一系列的脉冲波形，其宽度或开关时刻不难用严格随着电力电子技术的发展，各种逆变器在工业的数学方法得到。单极性SPWM电压输出波形如图各行业中应用十分广泛。目前，在正弦波逆变器中，1所示。正弦脉宽调制SPWM（SinePuiseWidthModuiation）技术是应用最广泛的技术，SPWM信号有模拟式和数字式两种产生方法。模拟式SPWM一般采用自然采样法，其硬件电路主要由三角波发生器、正弦波发生器、比较器等构成，结构复杂，且受环境因素的影响较大；而数字式

4、SPWM产生的方法，主要是由数字电路或微机定时产生，它一般采用自然采样法或等面积算法，通过离线计算出触发脉冲的开关点，其开关点是用严格的数学方法得到的，并存于EPROM图1单极性SPWM电压输出波形中，用查表的方法完成开关器件的触发，这种方法电Fig.1ThevoitageoutputwaveformofunipoiarSPWM路简单且受环境因素影响小，因而有很好的发展前为说明建立数学模型的原理，将图1中的第#景。本文对微机定时产生的等面积法进行了简要的个区间放大，如图2所示。理论分析，针对单极性等面积法进行了谐波分析

5、，同时提出一种近似等面积法并进行了谐波分析，证明了近似等面积法的可行性。为寻求更加有效的谐波抑制措施和设计数字式逆变电源的滤波器提供了理论参考。1等面积算法及谐波分析1.1等面积算法等面积算法［1，2］是把一个正弦波半周期分为!图2单极性等面积算法原理图等份（如图1所示!:3），每一等份的正弦曲线所包Fig.2Theprincipieofunipoiarareaeguivaientaigorithm围的面积都用与此面积相等的等高矩形脉冲代替。由图1知将正弦信号的正半周!分为!等份这样，由!个等幅而不等宽的矩形脉冲所构成

6、的输（!为3的倍数），则每份为!/!弧度，图中脉冲高收稿日期：2002-07-16度为"d，设脉冲宽度为!#，则第2期夏尚学，等：数字式SPWM型逆变器的谐波分析Uc!O（nk）!"I

7、k=1，2，...，2N（2）k-1!绘制频谱图输出仿真结果N解得：图3单极性近似等面积算法流程图k-1k!Fig.3ThefiOwchartOfunipOiarapprOximate#k=M［cOs（!）-cOs］（3）NNareaeguivaientaigOrithm式中M为调制深度，M=Um/Uc，且M!1。2近似等面积法算法分析及谐波分析k-1k设矩形脉冲的中点位于（!"!）的中NN数字式产生SPWM信号的方法是将开关点时心，则脉冲的第k个开关角如下：刻或脉冲宽度存于EPROM，用查表的方法，读取开开通角为!O

8、（nk）=1（2k-1!-#k）关点或脉冲宽度控制开关器件的开通。无论是采用2N（4）单极性还是双极性的等面积算法，当N较大时所形成T或开通时刻为IO（nk）=!O（nk）的脉冲列比较密集，脉冲宽度和间隔随N的增大而2!减小，此外脉冲宽度也随M的减小而减小。当脉冲12k-1关闭角为!O（ffk）=（!+#k）宽度和间隔小于开关器件