单极性spwm逆变器ppt



SPWM的相关基础理论

SPWM的相关基础理论

SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）即正弦脉宽调制技术，是一种通过调制一系列宽窄不等的脉冲来等效正弦波形（包括幅度、相位和频率）的技术。以下是SPWM的相关基础理论：

一、电能的基本形态与转换

电能最基本的形态包括直流电（DC）和交流电（AC）。电力电子学研究的核心内容是利用电力电子器件的开通和关断两种状态实现电能四大基本状态之间的转换，即DC→AC、DC→DC、AC→DC、AC→AC。

二、PWM与SPWM技术

PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制技术是通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（形状和幅值）。而SPWM技术则是在PWM的基础上，通过对一系列宽窄不等的脉冲进行调制，来等效正弦波形。

三、SPWM调制思想

SPWM的调制思想是输入一段幅值相等的脉冲序列去等效正弦波，因此输出为高的脉冲时间宽度基本上呈正弦规律变化。这里通常使用的采样方法有自然采样法和规则采样法。

自然采样法：用需要调制的正弦波与载波锯齿波的交点来确定最终PWM脉冲所需要输出的时间宽度，由此生成SPWM波。这种方法生成的SPWM波谐波含量较少，但计算复杂。

规则采样法：载波周期中点与正弦波（调制波）的交点所作的水平线与三角波（载波）的交点确定脉冲宽度。这种方法计算量小，在早期以及现在实时控制中得到广泛应用。虽然谐波含量会略微大一点，但通常可以满足实际应用需求。

四、SPWM波形与采样方法

SPWM波形是通过调制得到的，其脉冲宽度随时间呈正弦规律变化。在采样过程中，可以根据需要选择不同的采样点来确定脉冲宽度，从而得到不同的SPWM波形。

五、单极性与双极性PWM调制

单极性SPWM：在正弦波的正半周期，PWM只有一种极性；在正弦波的负半周期，PWM同样只有一种极性，但与正半周期相反。

双极性PWM调制：采用的是正负交变的双极性三角载波与调制波进行比较，直接得到双极性的PWM脉冲，而不需要倒相电路。这种方法可以得到更丰富的谐波成分，适用于某些特定的应用场景。

六、载波比与调制方式

载波比：载波频率fc与调制信号频率fr之比，即N=fc/fr。载波比的选择会影响SPWM波形的谐波含量和输出性能。

异步调制：载波信号和调制信号不同步的调制方式。通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的。这种方式在信号波的低频段脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响较小；而在高频段则相反。

同步调制：载波信号和调制信号保持同步的调制方式。当变频时使载波与信号波保持同步，N是常数。这种方式可以得到更稳定的输出性能，但计算复杂且实现难度较大。

分段同步调制：异步调制和同步调制的综合运用。把整个fr范围划分为若干频段，每个频段内保持N恒定，不同频段的N不相同。这种方式可以在低频段采用异步调制方式以简化计算，在高频段采用同步调制方式以获得更稳定的输出性能。

七、提高直流电压利用率

直流电压利用率是逆变电路输出交流电压基波最大幅值U1m和直流电压Ud之比。提高直流电压利用率可以提高逆变器的输出能力，减少器件的开关次数可以降低开关损耗。正弦波调制的三相PWM逆变电路，在调制度M=1时，输出线电压的基波幅值为0.866Ud，直流电压利用率为0.866（实际值可能更低）。为了提高直流电压利用率，可以采用梯形波调制方法或其他优化策略。

八、PWM逆变电路多重化

PWM逆变电路多重化是一种提高等效开关频率、减少开关损耗和减少谐波分量的有效方法。通过多个逆变电路的并联或串联运行，可以实现输出电压或电流的多电平输出，从而改善输出波形质量。PWM逆变电路多重化连接方式包括变压器方式和电抗器方式等。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的连接方式和参数设置。

综上所述，SPWM技术是一种重要的电力电子技术，通过调制一系列宽窄不等的脉冲来等效正弦波形。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的调制方法、载波比和调制方式等参数设置，以实现最佳的输出性能和效率。

SPWM原理具体方法

单极性SPWM法与双极性SPWM法是两种常见的脉宽调制（PWM）技术，它们在逆变器控制领域中广泛应用。这两种方法在原理上有所不同，主要体现在调制波与载波的特性及工作特点上。

在单极性SPWM法中，调制波采用正弦波形式，其周期由调频比kf决定，振幅由ku决定。载波则采用等腰三角波，其周期由载波频率决定，振幅恒定为ku=1时正弦波的振幅值。三角波的极性在每个半周期内保持一致，形成单极性的脉冲系列。调制波与载波的交点决定脉冲系列的宽度与间隔宽度，整个半周期内的脉冲也是单极性的。

单极性调制的一个关键特点是，每个半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个按照脉冲系列的规律进行通断操作，而另一个完全截止。在另半个周期内，两个器件的工况则恰好相反，负载ZL上通过的是交替变化的正负交变电流。

双极性SPWM法在原理上与单极性SPWM法相似，但调制波仍为正弦波，载波则由双极性的等腰三角波构成。调制波的周期与振幅与单极性方法相同，载波的周期由载波频率决定，振幅与ku=1时正弦波的振幅值相等。调制波与载波的交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，该脉冲系列本身为双极性的。然而，当由相电压合成线电压时，即uab=ua-ub; ubc=ub-uc; uca=uc-ua时，得到的线电压脉冲系列则变为单极性的。

双极性调制的工作特点在于，逆变桥在同一桥臂的两个逆变器件上，始终遵循相电压脉冲系列的规律进行交替导通和关断，确保负载ZL上通过的是按照线电压规律变化的交变电流。与单极性SPWM法相比，双极性SPWM法在输出电流波形的连续性和稳定性方面通常具有优势。

扩展资料

在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小，反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。

SPWM与SVPWM区别

SPWM与SVPWM的区别

SPWM（正弦波脉宽调制）和SVPWM（电压空间矢量PWM）都是用于电机控制的调制技术，但它们代表了两种不同的思想和方法。

一、原理差异

SPWM原理：

正弦PWM的信号波为正弦波，通过将其等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形来实现。

这些矩形脉冲的宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的。

SPWM虽然可以得到三相正弦电压，但直流侧的电压利用率较低，最大为直流侧电压的0.866倍，这是其主要的缺点。

SVPWM原理：

电压空间矢量PWM（SVPWM）的出发点与SPWM不同。它将逆变器和电动机看成一个整体，用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量。

通过建立逆变器功率器件的开关状态，并依据电机磁链和电压的关系，实现对电动机恒磁通变压变频调速。

SVPWM的电压利用率比SPWM高15%，达到直流侧电压的1倍。

二、实现方式与效果

SPWM：

主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。

经典的SPWM控制通过调制正弦波和三角波来生成PWM波形，实现变压变频。

易于硬件电路实现，但直流电压利用率较低。

SVPWM：

将逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作。

通过电压空间矢量的合成，直接生成三相PWM波，实现变压变频和恒磁通调速。

更适合于数字化控制系统，直流电压利用率高，且谐波含量较低。

三、波形与谐波特性

SPWM：

输出的PWM波形与正弦波等效，但存在谐波分量。

谐波主要集中在采样频率及其整数倍附近，且谐波幅值的极大值随采样频率倍数的增大而迅速衰减。

谐波相对集中，幅值较大。

SVPWM：

输出的PWM波形虽然与SPWM类似，但谐波分布更为分散，幅值较小。

谐波含量低于SPWM方式，总谐波畸变率较低。

四、应用与优势

SPWM：

适用于对波形要求不是特别高的场合，如一些简单的变频调速应用。

易于硬件实现，成本相对较低。

SVPWM：

适用于对波形要求较高、需要高效利用直流电压的场合，如高性能的变频调速系统、电动汽车驱动系统等。

能够提高电机的运行效率和性能，减少谐波对电机和电网的影响。

五、图示对比

（以下展示了SPWM和SVPWM的波形及实现原理）

（单极性SPWM波形）（三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图，展示了SVPWM的实现原理）

综上所述，SPWM和SVPWM在原理、实现方式、波形与谐波特性、应用与优势等方面都存在显著差异。选择哪种调制技术取决于具体的应用需求和系统要求。

为什么逆变器要用spwm技术?

逆变器采用SPWM技术的原因在于其能显著提升输出正弦波的纯净度和效率。以下是具体解释：

提高正弦波质量：

普通PWM技术通过固定幅值的调制波与三角载波相交产生方波输出，这种方式的输出波形含有丰富的高次谐波，正弦波质量受限。SPWM技术则通过正弦规律变化的占空比，结合三角波载波生成SPWM信号，经过滤波后能够产出低谐波、高纯净度的正弦波。

减少谐波产生：

SPWM技术利用计算机和单片机的计算能力，实现占空比和频率的精准调整，有效避免了谐波的产生。这使得逆变器输出的正弦波更加平滑，减少了因谐波带来的电能质量问题和设备损耗。

提升效率和稳定性：

SPWM技术能够显著提高逆变器的效率和稳定性，特别是在对谐波要求严格的场合，如电能质量领域。通过优化逆变器输出的正弦波质量，SPWM技术使得逆变器在电机控制、电能变换及电力并网等领域的应用更加广泛和高效。

技术实现灵活：

SPWM技术的实践操作涉及硬件和软件两部分，硬件上通过比较三角波与正弦波生成SPWM信号，软件上利用单片机输出PWM波并通过定时器或Epwm模块生成三角波。这种技术实现的灵活性使得SPWM技术能够适应不同应用场景的需求，进行定制化设计。

综上所述，逆变器采用SPWM技术能够显著提升输出正弦波的纯净度和效率，减少谐波产生，提升效率和稳定性，并且技术实现灵活，是现代电力电子技术中不可或缺的核心技术之一。

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