1、SPWM 逆變器原理所謂的 SPWM 波形就是與正弦波形等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形如圖 1 所示,等效的原則是每一區(qū)間的面積相等1 概述逆變器是將直流變?yōu)槎l定壓或調(diào)頻調(diào)壓交流電的變換器，傳統(tǒng)方法是利用晶閘管組成的方波逆變電路實(shí)現(xiàn)，但由于其含有較大成分低次諧波等缺點(diǎn)，近十余年來(lái)，由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，全控型快速半導(dǎo)體器件 BJT,IGBT,GTO 等的發(fā)展和 PWM 的控制技術(shù)的日趨完善，使 SPWM 逆變器得以迅速發(fā)展并廣泛使用。PWM 控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度和周期以達(dá)到變壓目的或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周

2、期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)，SPWM控制技術(shù)又有許多種，并且還在不斷發(fā)展中，但從控制思想上可分為四類，即等脈寬 PWM法，正弦波 PWM 法(SPWM 法)，磁鏈追蹤型 PWM 法和電流跟蹤型 PWM 法，其中利用 SPWM 控制技術(shù)做成的 SPWM 逆變器具有以下主要特點(diǎn)：(1)逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響。(2)可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近正弦波的輸出電壓波形，低次諧波減少，在電氣傳動(dòng)中，可使傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈沖的大大減少，擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能。(3)組成變頻器時(shí)，主電路只有一組可控的功率環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，由于采用不可控整流器，使電網(wǎng)功率

3、因數(shù)接近于 1,且與輸出電壓大小無(wú)關(guān)。2 SPWM 逆變器原理2.1 SPWM 波形所謂的 SPWM 波形就是與正弦波形等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形如圖 1所示，等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。如圖把一個(gè)正弦波分作幾等分(如圖 1a 中，n=12)然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的矩形脈沖來(lái)代替， 矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)相重合(如圖 1b),這樣由幾個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波等效，稱作 SPWM 波形。同樣，正弦波的負(fù)半周也用同樣的方法與一系列負(fù)脈沖波等效。Si與正弦波等效的等幅不等配矩形脈沖序列波圖 2為

4、 SPWM濾波線為等效正弦波 UmSinco1t,SPWM脈沖序列波的幅值為 Us/2,各脈沖不等寬，但中心間距相同為兀/n,n 為正弦波半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)， 令第 i 個(gè)矩形脈沖寬度為 Si,其中心點(diǎn)相位角為0i,則根據(jù)面積相等的等效原則，可分成(5/2)=(7,11rsin研取(西)jrjr=cos一丁-)-co認(rèn)日十丁).2鞭2J=2Usinsin9FU當(dāng)nft較大於sin2n2n:.6%2戒二sin8/nU.(1)rT?jr這就是說(shuō)，第 i 個(gè)脈沖的寬度與該處正弦波值近似成正比，因此半個(gè)周期正弦波的SPWM 波是兩側(cè)窄，中間寬，脈寬按正弦規(guī)律逐漸變化的序列脈沖波形。圖2-極式SPWM電

5、壓波出2.2 SPWM 調(diào)制及逆變橋工作原理今以 SPWM 三相逆變橋?yàn)槔M(jìn)行說(shuō)明，SPWM 三相逆變器主電路由六個(gè)全控式功率開關(guān)器件構(gòu)成三相逆變橋，它們各有一個(gè)繼流二極管反并聯(lián)結(jié)，整個(gè)逆變器由三相不可控整流器提供電壓為 Us 的直流電壓。圖 3 為單極式脈寬調(diào)制波的形式圖。a 圖中 Ut 為等腰三角形的載波，Ura 及 Ura為正弦調(diào)制波，調(diào)制波和載波的交點(diǎn)決定了 SPWM 脈沖序列的寬度和脈沖間的間隔寬度， 如圖 b所示， 當(dāng) A相的 UraUt 時(shí)， VT1 導(dǎo)通， 輸出正弦脈沖電壓 Us/2,當(dāng) UraUt 時(shí)，VT1 導(dǎo)通 VT4 關(guān)斷，Uao=+Us/2;當(dāng) UrsvUt 時(shí) VT

6、1 關(guān)斷，VT4 導(dǎo)通，輸出相電壓 Uao=-Us/2,同理 VT3 和 VT6,VT3 和 VT5 交替導(dǎo)通得到 UAO,UCO 如圖 c 和 d 所示，UAB=UAO-UBO,可得逆變器輸出的線電壓波形 UAB=f(t)如 e 所示。圖 1 三相雙極式 5po 波形3 SPWM 波形的分析對(duì)負(fù)載(交流異步電機(jī))來(lái)說(shuō)，有用的是電壓的基波，希望 SPWM 波形中基波成分越大越好，通過(guò)對(duì) SPWM 脈沖序列波 U展開成付利葉極數(shù)分析可知，輸出基波電壓幅值 Um與 Si 有著直接的關(guān)系，它說(shuō)明調(diào)節(jié)調(diào)制波幅值從而改變各個(gè)脈沖寬度時(shí)，可使逆變器輸出電壓基波幅值平滑調(diào)節(jié)。SPWM 逆變器輸出脈沖序列波的

7、基波電壓正是調(diào)制時(shí)所要求的等效正弦波，當(dāng)然這必須是在滿足 n 不太小近似條件下得到的。但 SPWM 逆變器輸出相電壓的基波幅值有常規(guī)六拍階梯波的 86%90%,為彌補(bǔ)這一不足，常在 SPWM 逆變器的直流回路中并聯(lián)相當(dāng)大的濾波電容，以提高逆變器的直流電壓Us.由以上分析可知 n 越大即功率開關(guān)器件半周內(nèi)要開關(guān) n 次，脈沖數(shù) n=N/2,其中 N 為載波比，即：N=ft/fr=載波頻率/參考調(diào)制波頻率即希望 N 越大越好。但從功率開關(guān)器件本身的允許開關(guān)頻率來(lái)看，N 不能太大：Nw 功率開關(guān)器件的允許開關(guān)頻率/最高的正弦調(diào)制信號(hào)頻率上式中分母實(shí)際上就是 SPWM 變頻器的最高輸出頻率。現(xiàn)常用功率開關(guān)頻率如下：BJT(15kH