正弦波逆变器脉宽调制技术的调制模型分析

正弦脉宽调制SPWM逆变器原理图以及特点
将正弦波(调制波) 与高频载波(三角波) 相交生成的正弦脉宽调制信号用来控制驱动逆变桥功率开关, 便可得到脉宽宽度按正弦规律分布的SPWM 波uAB ,如图所示。

图(b) 为单极性正弦脉宽调制波, 图(c) 为双极性正弦脉宽调制波。

正弦脉宽调制SPWM 逆变器电路的特点为:
1) 变压器仍工作在工频, 体积大且笨重, 体积与重量仅和输出电压频率有关, 与逆变器开关频率无关, 提高逆变器开关频率并不能减小变压器体积和重量;
2) 输出滤波器体积、重量小;
3) 对于输入电压和负载的波动, 系统的动态响应特性好;
4) 变压器和输出滤波电感产生的音频噪音得到改善;
5) 功率器件开关频率高, 开关损耗增加, 降低了系统变换效率。

在低频环节DCöA C 逆变技术中, 由于工频变压器的体积和逆变器的开关频率无关, 只和输出电压的频率有关。

为克服此缺点, 必须采用高频环节逆变技术。

正弦脉宽调制波的研究分析[摘要] 本文全面阐述了SPWM波的基本特征与个性，以电子变流技术为研究对象，通过确立比较规范的参考基准，便于控制策略的实施及逐步深入的探讨或研究。

[关键词] 正弦波逆变技术脉宽调制1.引言正弦脉宽调制（Sinusoidal PWM 简称SPWM）应用以来，经过不断的研究发展，正弦逆变技术也渐趋成熟而服务于广泛的交流应用场合，为应用的持续发展奠定了坚实的基础，并且越来越多的与其他科学领域相互关联、相互交叉和相互渗透，继而应用系统逐渐朝高性能、高效率、大功率、高频化和智能化的方向发展，同时随着工程发展的日益需求，对逆变系统提出了更高的要求。

2.正弦脉宽调制波产生的原理由于正弦交流量是典型的模拟量，传统发电机难以完成高频交流电流输出，而功率半导体器件于模拟状态工作时产生的动态损耗剧增，于是，用开关量取代模拟量成为必由之路，并归结为脉冲电路的运行过程，从而构成了运动控制系统中的功率变换器或电源引擎。

在交流应用场合，多数负载要求输入的是正弦波电流。

电工学认为，周期性的非正弦交流量是直流、正弦波和余弦波等分量的集合，或者是非正弦波也可以分解为相位差和频率不同的正弦波以及直流分量。

不良波形或失真严重的正弦交流量必然产生大量的低次、高次及分数谐波，丰富的谐波分量与基波叠加的情景使得正负峰值几乎同时发生，换向突变时急剧的运动状态将对负载造成冲击并导致负载特性的不稳定或漂移，又加重了滤波器件的负担，损耗也随之增大，非但降低了电网的功率因数，还对周边设备造成不良影响。

在高频化和大功率电力变换场合，装置内部急剧的电流变化，不但使器件承受很大电磁应力，并向装置周围空间辐射有害电磁波污染环境，这种电磁干扰（Electro Magnetic Interference 简称EMI）还会引发周围设备的误动作及造成电能计量紊乱。

抑制谐波和EMI的防御仍为重要课题或技术指标。

图1 正弦化交流量的样本波形可见，简单的方波在功率应用场合下显示出了不尽如人意的一面。

正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18 ylw527+关注献花(4)为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。

应用最早而且作为pwm控制基础的是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。

图3-1与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列3.1正弦脉宽调制原理一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1所示。

图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。

为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。

在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。

从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。

例如，把正弦半波分作n等分(在图3-2中，n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm波形。

同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。

这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm波形称作单极式spwm。

一、PWM技术原理由于全控型电力半导体器件的出现，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲宽度控制技术，简称PwM技术。

PwM技术可以极其有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到了明显的提高。

采用PwM方式构成的逆变器，其输人为固定不变的直流电压，可以通过PwM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。

由于这种逆变器只有一个可控的功率级，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、质量轻、可靠性高。

又因为集凋压、调频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好。

此外，采用PwM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。

把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比γ为此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。

二、正弦波脉宽调制(sPwM）1．sPwM的概念工程实际中应用最多的是正弦PwM法(简称sPwM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。

各矩形脉冲的宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉宽：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽。

度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。

若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成sPwM波形。

在工程应用中感兴趣的是基波，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。

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(Power Factor Correct)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(Sinusoidally PWM)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率。

见图2-1-4。

正弦波脉宽调制技术一、正弦波脉宽调制1、正弦脉宽调制法（SPWM）：是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。

其中每周基波（正弦调制波）与所含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。

2、正弦脉宽调制原理（以单相为例）：以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。

矩形波的面积按正弦规率变化。

这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。

a)b)图6-3图1 SPWM调制原理等效原理：如图1所示，把正弦分成n 等分，每一区间的面积用与其相等的等幅不等宽的矩形面积代替，正弦的正负半周均如此处理。

3、SPWM控制方式：SPWM控制技术有单极性控制和双极性控制两种方式。

如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。

如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也在正负之间变化，叫作双极性控制方式。

4、正弦脉宽调制的特点是脉宽调制是以逆变器的功率器件的快速而有规律的开关，形成一系列有规则的矩形方波，以和期望的控制电压等效。

其特点是基波分量大，2N-1次以下谐波得到有效的拟制，输出电流接近正弦波。

二、交流电动机动态数学模型：1、交流电机数学模型的性质：(1)、多变量，强耦合(如图2)输入变量：电压（或电流），频率输出变量: 转速、磁通（2）、有两个变量的乘积项。

逆变器正弦调制逆变器是一种将直流电转换为交流电的设备，广泛应用于太阳能发电、风能发电等可再生能源领域。

而正弦调制是一种常用的逆变器控制技术，其目的是使逆变器输出的交流电信号更加接近理想的正弦波形。

正弦波是一种周期性变化的信号，具有频率、幅值和相位等特征。

在逆变器输出的交流电信号中，正弦波的质量对于电力系统的稳定运行至关重要。

而正弦调制技术就是通过对逆变器输出的电压或电流进行调制，使其尽可能接近理想的正弦波形，从而减小谐波成分，提高电能质量。

在正弦调制技术中，常用的调制方法有脉宽调制（PWM）和谐波调制（SPWM）两种。

脉宽调制是指通过改变脉冲的宽度来控制输出电压或电流的方法。

在逆变器中，通过比较参考信号和三角波信号的幅值，确定每个周期内的脉冲宽度。

当参考信号的幅值大于三角波信号时，输出高电平；反之，输出低电平。

通过改变脉冲宽度的占空比，可以控制输出电压或电流的大小。

脉宽调制技术简单而高效，被广泛应用于逆变器控制中。

谐波调制是指通过改变谐波信号的幅值和频率来控制输出电压或电流的方法。

在逆变器中，通过控制不同谐波信号的幅值和频率，可以实现对输出电压或电流的调制。

谐波调制技术可以实现更精确的控制，但相对而言更加复杂。

无论是脉宽调制还是谐波调制，其核心思想都是通过改变控制信号的特性，使逆变器输出的电压或电流尽可能接近理想的正弦波形。

这样可以减小谐波成分，降低系统的失真度，提高电能质量。

逆变器正弦调制技术在实际应用中有着广泛的意义。

首先，它可以提高逆变器的效率，减小能量损耗。

正弦波形的输出可以减小电力系统中的谐波电流，降低设备的损耗。

其次，正弦调制技术可以提高电能质量，减少对电网和其他设备的干扰，保证系统的稳定运行。

最后，正弦调制技术还可以实现对输出电压或电流的精确控制，满足不同应用场景的需求。

为了进一步提高逆变器的性能，还可以采用多级逆变器、多电平逆变器等高级调制技术。

这些技术可以进一步减小谐波成分，提高电能质量，适应更加复杂的电力系统需求。

正弦波逆变器设计方案一、引言正弦波逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力转换设备，在各类电力应用领域广泛应用。

在许多应用中，需要高质量的交流电源，如电子设备、家用电器、医疗设备等。

本文将讨论正弦波逆变器的设计方案，以提供稳定、高质量的交流电。

二、基本原理正弦波逆变器的基本原理是将直流电通过逆变器电路转换为交流电。

其主要组成部分包括直流输入电源、逆变电路和输出滤波电路。

直流输入电源提供逆变器的输入电压，逆变电路将直流电转换为交流电，并通过输出滤波电路来滤波输出波形。

三、逆变电路设计1. 调制技术选择逆变电路的调制技术决定了输出波形的质量。

常见的调制技术有PWM（脉宽调制）和SPWM（正弦波调制）。

在正弦波逆变器中，选择SPWM调制技术可以获得更接近纯正弦波的输出。

2. 逆变器拓扑选择常见的逆变器拓扑有单相桥式逆变器、三相桥式逆变器等。

根据实际需求选择逆变器拓扑，单相桥式逆变器适用于单相负载，而三相桥式逆变器适用于三相负载。

3. 电路元件选择逆变电路中的元件选择直接影响到逆变器的性能。

选择合适的功率晶体管、电容器和电感器可以提高逆变器的功率输出和效率。

四、输出滤波电路设计输出滤波电路用于滤除逆变电路产生的谐波成分，生成纯正弦波的交流电。

常用的输出滤波电路包括LC滤波电路和LCL滤波电路。

LC滤波电路结构简单，但不能有效滤除高频成分；而LCL滤波电路在滤除谐波的同时，还能提供较好的带宽特性。

五、保护措施设计正弦波逆变器在实际应用中需要具备安全可靠的特性。

常见的保护措施包括过压保护、过流保护、温度保护等。

通过合理设计电路，设置过压、过流和温度保护装置，可以有效保护逆变器及其外部负载。

六、控制电路设计正弦波逆变器的控制电路主要包括运算放大器、比较器和PWM 控制电路等。

通过运算放大器进行误差放大和控制信号处理，再经过比较器和PWM控制电路产生PWM信号，并控制逆变电路，从而实现对逆变器输出波形的控制。

七、实验验证与结果分析在设计完成后，进行实验验证并对实验结果进行分析。

浅议在逆变器中正弦脉宽调制技术的研究摘要:分析了应用于逆变电源的三种正弦脉宽调制技术, 比较它们的输出电压频谱及开关损耗。

最后选择了HPWM 控制方式应用于一个实验样机, 并给出实验结果。

关键词:正弦脉宽调制;谐波;逆变器0 引言正弦特有的脉宽调制，也即SPWM 架构下的调制技术，是逆变电源关联着的控制路径。

采纳高频态势下的三角形载波，整合着低频态势的正弦波，经由比对得来SPWM 这一新波形。

依循输出幅度的变更，总体范畴内可把调制方式，分成单极性调制、与之对应的，为双极性调制。

在这之中，双极性依循的控制流程，可分成正负电平；单极性架构下的管控方式，可输出关联着的三种电平。

如上的调制技术，被划归为UPWM、对应着的BPWM。

与此同时，HPWM 依循的调制途径，关联着不同桥臂范畴中的功率管；在拟定好的不同频率之下，这种路径也可看成特有的UPWM。

本文明辨了三种管控的流程，经由仿真解析，选取出来的控制方式，被设定成HPWM。

它用于单相特性的、全桥式架构中的逆变电源。

1、调制依照的途径（图1）为相应的逆变器拓朴结构。

该单相逆变器的主电路选最常用的全桥拓扑。

其中T1～T4 为四只全控开关管(GTR、MOSFET 或IGBT);D1～D4 为快恢复续流二极管。

控制技术采用了控制逆变电源的主流方法:正弦脉宽调制(SPWM)法。

经过LC 低通滤波器,滤去高频成分,在滤波电容两端获得光滑的正弦波。

图2即为如前所述的三种调制方式,这三种方式均由正弦波(Uc)和三角载波(Us)按照不同方式交截而成。

双极性控制方式见（图2 b）,逆变桥的对角功率管同时开通和关断,两种互补导通,所有功率管均为高频开关。

（图2 c)为混合控制方式,逆变桥的对角功率管一个常通,另一个采用SPWM 脉宽调制。

该种方式使得同一桥臂的功率管在前半个周期工作在低频,而下半个周期工作在高频。

逆变桥输出UAB 为+Ud 或-Ud 和零。

整个输出电压周期内所得到的也是三态输出电压波形。

三相逆变器调制1. 介绍三相逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置。

它通常由六个功率开关管和相关控制电路组成，可以实现将直流电源转换为三相交流电源。

逆变器在可再生能源领域应用广泛，如太阳能发电和风力发电系统中。

调制技术是控制逆变器输出波形的关键。

三相逆变器调制技术包括脉宽调制（PWM）和正弦波调制（SPWM）。

本文将详细介绍三相逆变器的调制原理、常用的PWM和SPWM调制方法以及它们的优缺点。

2. 三相逆变器的调制原理三相逆变器的调制原理基于两个基本概念：多级切换和合成波形控制。

多级切换是指通过控制功率开关管的导通和关断来实现输出波形的控制。

在三相逆变器中，每个输出相都由两个功率开关管控制，通过不同的开关组合方式可以产生不同的输出波形。

合成波形控制是指通过对各个输出相进行合理组合，使得输出波形接近所需的交流电源波形。

通过合成波形控制，可以实现对输出电压幅值、频率和相位的精确控制。

3. 脉宽调制（PWM）脉宽调制是一种常用的三相逆变器调制技术。

它通过改变功率开关管导通和关断的时间比例，控制输出电压的幅值。

脉宽调制有多种实现方式，其中最常见的是基于三角波比较器的脉宽调制。

该方法通过将一个固定频率、可变幅值的三角波与一个固定幅值的正弦波进行比较，得到一个PWM信号。

具体步骤如下： 1. 产生一个固定频率、可变幅值的三角波。

2. 产生一个固定幅值的正弦波。

3. 将三角波与正弦波进行比较。

4. 根据比较结果控制功率开关管的导通和关断。

脉宽调制可以实现精确控制输出电压幅值，并且具有较好的谐波性能。

然而，由于采用了离散化控制方法，其输出电压存在一定程度上的失真。

4. 正弦波调制（SPWM）正弦波调制是另一种常用的三相逆变器调制技术。

它通过改变正弦波的频率和相位，控制输出电压的幅值、频率和相位。

正弦波调制的基本思想是将所需的交流电源波形分解为多个基本频率的正弦波，并通过控制每个基本频率正弦波的幅值、频率和相位来合成所需的交流电源波形。

三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展，SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉，这项技术的特点是通用性强，原理简单。

具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波，设计简单，是一种比较好的波形改善法。

它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。

由于大功率电力电子装置的结构复杂，若直接对装置进行实验，且代价高费时费力，故在研制过程中需要借助计算机仿真技术，对装置的运行机理与特性，控制方法的有效性进行试验，以预测并解决问题，缩短研制时间。

MATLAB软件具有强大的数值计算功能，方便直观的Simulink建模环境，使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。

本文利用MATLAB／Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。

首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理，其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点，最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构，具体的跟随小编一起了解一下。

一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式，即每个桥臂的导电角度为180，同一相上下2个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120。

这样，在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通。

可能是上面一个臂下面2个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。

因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此也被称为纵向换流。

当urU》uc时，给上桥V1臂以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud／2。

当urU《uc时，给V4导通，给V1关断，则uUN=Ud／2。

V1和V4的驱动信号始终是互补的。

当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通。

二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM，他是根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。