SPWM原理+单极性SPWM

SPWM1 SPWM的基本原理SPWM19理论基于脉冲等效原理：当具有不同大小和波形的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要它们的脉冲(面积)，即变量随时间的积分相等，效果是相同的。换句话说，无论脉冲是什么样的表达，只要脉冲等效脉冲作用于惯性系统，其输出响应基本相同。如果图3.6a所示的正弦波被等分成几个部分，正弦波也可以看作是由一系列振幅为正弦波段的窄脉冲组成的。如果每一段的面积等于一系列等宽不等高的矩形窄脉冲的面积，如A、B、CL、M和N所示，那么由等宽不等高的矩形脉冲形成的阶梯波和正弦波，如A、B、CL、M和N所示，根据脉冲等效原理是等效的。此外，如果允许图1所示的逆变器产生一系列具有如图3.6b所示的幅度的等高度和不等宽度的窄脉冲，并且使每个窄脉冲的面积等于相应的a、b、c的面积.l、m和n，根据等效原理，图3.6b中等高度和不等宽度的这些窄脉冲也等效于正弦波。因此，无论是正弦波、等宽不等宽等脉冲的阶梯波，还是等高不等宽等脉冲的窄脉冲序列，当其作用于惯性系统时，最终输出基本相同。换句话说，正弦波经过惯性系统后仍然是正弦波，而相当于正弦波的窄脉冲序列经过惯性系统后基本上是正弦波。如图3.6a所示，正弦波的半周期被分成相等的时间周期，每个时间周期长，对应的角度为。假设第一周期的结束时间为，开始时间为，第一周期中心的相位角为(3.1)为了使图3.6b中第一周期振幅的窄脉冲面积等于相应周期的正弦波面积，脉冲宽度必须满足公式(3.2)将公式3.1代入公式3.2(3.3)因此，周期中第一脉冲宽度的占空比为(3.4)定义调制比(3.5)如果、和的值已确定，则它们是常数，因此根据正弦定律变化，即脉冲宽度根据正弦定律变化。这种根据正弦规律控制逆变器输出脉冲电压的方法称为正弦脉宽调制。当较大时，有，因此占空比可以简化为(3.6)调制度(3.7)从以上公式可以看出，如果调制指数改变，逆变器输出的基波电压也会成比例地改变。图3.5逆变器电路图3.6等效正弦电压与SPWM电压2单极SPWM对应于双极SPWM，如果在调制波的正半周期中只有一个正电压脉冲，而在负半周期中只有一个负电压脉冲，则称为单极SPWM。单极性SPWM一般是通过载波来实现的，具体有两种方式。这可以通过控制信号的相位错开或者通过两个桥臂的相位错开来获得。为了便于软件算法的实现，本文采用了两桥臂相位错开的方法。图3.7单极性SPWM主电路主电路的T1和T2桥臂以及T3和T4桥臂分别进行双极SPWM调制。两个桥臂共享一个三角形载波，除了T1和T2桥臂的调制波是，而T3和T4桥臂的调制波是。T1桥臂和T2桥臂以及T3桥臂和T4桥臂的驱动信号的变化时间是载波和图3.9所示的相应调制波的相交时间。图3.8双桥臂相位交错法单极性SPWM驱动信号形成电路此时，T1开启，T2关闭；此时，T1关闭，T2开启；此时，T3关闭，T4开启。此时，T3开启，T4关闭。输出电压，因此可能有三种情况：当T1和T4同时导通；当T2和T3同时开启时；当T1和T3同时导通或T2和T4同时导通时。图3.9两桥臂相位错开法单极性SPWM输出电压波形图3.10单极性SPWM脉冲电压的占空比和平均值图3.10显示了载波周期内的脉冲产生过程。从图3.10可以看出，在每个载波周期中产生两个驱动脉冲，在前半部分产生一个输出电压脉冲，在后半部分产生一个输出电压脉冲，即产生脉冲数量加倍的效果。因此，这种调制方法也被称为单级倍频SPWM调制。假设图3.10中的正弦调制波的振幅为，频率为，三角载波振幅为，频率为。假设一个大的载波比，近似假设在一个载波周期内大小不会改变。因此第一脉冲的占空比为(3.8)该公式表示对应于第一脉冲中心点的基波角度。在半个载波周期内，输出电压的平均面积为(3.9)当载波比很高时，逆变器输出的基波电压瞬时值为(3.10)其中，是输出基波电压幅度，是调制指数(3.11)等式3.11显示输出基波电压与调制波具有相同的频率和相位，因此改变调制波的频率和相位可以改变输出基波电压的频率和相位。此外，输出基波电压的幅度与调制指数成正比。如果将其作为常数，输出基波电压可以通过改变它来改变。单极SPWM和双极SPWM一样，可以消除低次谐波