第二节 正弦波脉宽调制spwm控制法

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1、第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法1．2．1正弦波脉宽调制SPWM逆变器结构典型的交流-直流－交流逆变器的结构如图2-1-3所示。图2-1-3：变压变频器主电路结构图图2-1-3中，单相交流或三相交流供电经非控全波整流，变成单极性直流电压；该直流电压经有源或无源功率因素校正电路PFC（PowerFactorCorrect）得到直流母线电压Udc，某些情况下功率因素校正电路可以省略。逆变器的核心电路是由六个功率开关器件Q1-Q6构成的三相逆变桥，每个桥有上下两个桥臂；上桥臂上端接直流母线电压正端（DC+），下桥臂下端接直流母线参

2、考端（DC-）；对于交流异步电机的驱动，为防止直通，上、下桥臂通常设置为互补工作方式：上桥臂导通时，下桥臂截止；下桥臂导通时，上桥臂截止。三桥臂中间输出接至负载：三相感应电机的UVW输入端。功率开关器件Q1-Q6可以是晶闸管GTO，双极性功率晶体管BJT，金属氧化膜功率场效应管MOSFET，绝缘栅型双极性功率晶体管IGBT。IGBT具有开关速度快、承载电流大、耐压高、管耗小等特点，在电源逆变器中得到最为广泛的应用。对于感性负载（电机），为了保护IGBT，常需加续流二极管D1-D6，用以在开关管关断时形成电流回路。IGBT通常已

3、与续流二极管封装在一起。电容C用于能量缓冲，可保持直流母线电压Udc相对稳定。为了在电机的UVW端线上输入三相平衡的交流电，通常做法是依一定规则用PWM信号PWM1L-PWM3H去控制逆变器的六个开关管的开关状态。所谓的正弦波SPWM（SinusoidallyPWM）技术，就是用正弦波去调制PWM信号的脉宽，即：功率管的输出为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其宽度依正弦波规律变化；对交流输出波形的幅度对称性及相位要求不是非常苛刻的应用来说，PWM信号的频率通常保持不变。这种控制策略也叫异步控制法，即载波信号的频率独立于调制波频

4、率。见图2-1-4。SPWM也叫SWPWM（SinusoidallyWeightedPWM）。图2-1-4SPWM波形图中：Udc--直溜母线电压；Um--正弦波基波的峰值，一般情况下，随t2比例变化；t1--PWM信号的周期，通常为一固定值；t2--正弦波基波的周期。SPWM控制法的实现SPWM控制法实现起来相对较为简单。先产生一个在时间与幅度上都离散的单位正弦序列，也叫正弦表，90°，180°，360°皆可，并存储在程序空间里。这部分工作可借助于其他工具来完成，如OfficeExcel。正弦表的角度分辨率由实际应用确定；对

5、于一个完整的电周期（360°），1024个点能满足大部分应用的需求。正弦波生成时，有效样本点越多，电压电流谐波越小，效果越好。确定正弦表长度时，还需考虑的因素有：程序空间的大小，功率开关管的速度（PWM信号频率/载波频率），PWM的有效分辨率，调速比等。正弦波频率f，PWM信号频率，有效样本点数N之间的关系如下：式（2-2-1）应用中，对应正弦波最高频率，如有可能，N应不小于60。考虑到连续变频，正弦表长度L可由下式计算得到：即：式（2-2-2）例2-2-1：一给定SPWM调速系统，载波频率为10KHz，最高运行频率为120H

6、z，试确定正弦表的长度。直接代入式（2-2-2）得：833同时由式（2-2-1）得：符合要求。取L=1024，即正弦表的长度为1024个点。由于正弦值的范围是-1-1，实际存储的通常是正弦值经比例放大后的数据，对于DSPIC，可以放大16384（）倍（最高位用于表示极性）。产生SPWM正弦波的基本方法是用一组虚拟的三角形波与一个正弦波进行比较（斩波）。受制于PWM的输出方式（边沿对齐），早期的斩波方案较多是采用锯齿形的三角形波。随着中心对齐的PWM的输出方式的出现，现在应用较多的是利用虚拟的等腰三角形波与一个正弦波进行比较，如

7、图2-1-5所示。其相交的时刻（即交点）来作为开关管“开”或“关”的时刻。图2-1-5：SPWM波生成方法图中：t1–开关管导通；t2–开关管截止。设定图2-1-5表示的是U相电压，结合图2-1-3，t1对应开关管Q1导通区间，t2对应开关管Q1截止区间。当PWM工作在中间对齐模式（又称连续增减计数模式）时，可产生图2-1-5中的虚拟等腰三角形波。对应于每一次PWM中断，更新t1。综前所述，对于任一给定的正弦波频率，正弦波输出大致经以下几个步骤：步骤1：依据V/F曲线，确定调制系数m；步骤2：依据载波频率确定相位步进值；步骤3

8、：每一次PWM中断，依据相位步进值，确定正弦表步进值；步骤4：查正弦表，取正弦值，计算时间t1；步骤5：更新PWM占空比。以上我们讨论的是一相正弦波的生成方法。其他两相正弦波的产生方法相同，只是相位上彼此相差120º，即所谓的三相平衡电。有效/无效窄脉冲对输出谐波电流有较大的