一正弦脈寬調(diào)制簡介

　　工程實際中應用最多的是正弦PWM法(簡稱SPWM)，它是在每半個周期內(nèi)輸出若干個寬窄不同的矩形脈沖波，每一矩形波的面積近似對應正弦波各相應每一等份的正弦波形下的面積可用一個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算得出，但在實際應用中常由正弦調(diào)制波和三角形載波相比較的方式來確定脈寬：因為等腰三角形波的寬度自上向下是線性變化的，所以當它與某一光滑曲線相交時，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有線性關系。
　　在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小。反之，當正弦值較小時，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狀態(tài)，但它們之間的關系是互補的，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)都會出現(xiàn)正、負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，在交點時刻對功率開關器件的通斷進行控制，就可以生成SPWM波形。但這種模擬電路結(jié)構(gòu)復雜，難以實現(xiàn)精確的控制。微機控制技術(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來實現(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時刻控制功率開關器件的通斷，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，當正弦波頻率變化或幅值變化時，各脈沖的寬度也相應變化。要準確生成SPWM波形，就應準確地算出正弦波和三角波的交點。

　　右圖給出了用自然采樣法生成SPWM波形的方法。

　　交點A是發(fā)出脈沖的時刻tA，交點B是結(jié)束脈沖的時刻tB，t2為脈寬，t1+t3為脈寬間歇時間，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系可得脈寬計算式t2=Tc/2[1+M/2(sinω1tA+sinω1tB)]，這是一個超越方程，tA、tB與載波比N和調(diào)制度M都有關系，求解困難，并且tl≠t3，計算更增加困難，這種采樣法不適宜微機實時控制。

四規(guī)則采樣法

　　規(guī)則采樣法的實質(zhì)是用階梯波來代替正弦波，使算法簡化。在規(guī)則法中，三角波每個周期的采樣時刻都是確定的，不作圖就可算出相應時刻的正弦波值。以規(guī)則采樣Ⅱ法為例，采樣時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系可得脈寬計算公式t2=Tc/2(1+Msinω1te)。間歇時間t1=t3=1/2(Tc-t2)，實用的逆變器多是三相的，因此還應形成三相的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A相和B相脈沖波形相同。三相脈寬時間總和為ta2 +tb2+tc2一(3/2)Tc三相間隙時間總和為3Tc-(3/2)Tc一(3/2)Tc脈沖兩側(cè)間隙時間相等，ta1+tb1+tc1=ta3+tb3+tc3一(3/4)Tc。

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