SPWM逆变电路原理

单极性倍频spwm原理_单极性倍频SPWM调制的逆变电源系统详解随着电力电子技术的发展，人们对逆变电源的要求也越来越高。

在大功率逆变电源场合，流过主电路上的器件电流非常大，作为开关管的IGBT 上流过的电流可达几百安，所以一般所选的开关管容量比较大，这就导致调制时的开关频率不能过高。

本文首先介绍了主电路与三环控制，其次介绍了单极性倍频SPWM调制，最后阐述了系统实验分析wNN，具体的跟随小编一起来了解一下。

一、主电路与三环控制逆变器主电路结构如图1所示，主电路采用全桥结构，输出端连接了LC 滤波器滤除高次谐波。

开关管的驱动信号由三角波和正弦波比较匹配得到。

三环控制结构图如图2所示，由内到外分别为瞬时值电容电流环、瞬时值电压环和电压有效值环。

其中：瞬时值电流环的主要作用是校正输出电压波形;瞬时值电压环主要作用是校正输出电压的相位，并提高系统的动态性能;电压有效值环的主要作用是使输出电压稳定在所需要的电压幅值。

电流瞬时值内环和电压瞬时值外环均采用P调节器，最外环电压有效值环采用PI 调节器。

图3和图4 分别为采用三环控制的逆变电源系统从满载到空载和空载到满载的波形仿真图，图3中Uo为输出电流。

由图3-4 可知，切载时电压幅值基本保持不变，说明系统具有较好的动态特性。

在常规SPMW波调制中，开关频率和输出脉冲频率是相等的，但是在大功率条件下，开关频率不能过高，原因主要：
①开关频率过高会导致开关损耗增大;
②会使开关管发热严重，长时间运行会损坏开关器件;
③开关频率过高，出现擎住效应的几率增大;
④大容量开关器件高速通断，会产生很高的电压尖峰，有可能造成开关管或其他元件被击。

SPWM 原理：
以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高的多的等腰三角波作为载波，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波，当调制波与载波相交时，由他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，中间宽的一系列等福不等宽的矩形波。

SPWM 的原理为在控制电路中调制，在主电路中输出。

在控制电路中，一个频率为r f 幅值为r U 的参考正弦波sin W （调制信号）加载于频率为c f 幅值为c U 的三角波∆W （载波）后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM 波spwm W （已调制波），用已调制波的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即可得逆变器输出与已调制波spwm W 相似的SPWM 电压波形。

调制度M ；正弦调制波参考信号幅值rm U 与三角载波幅值cm U 之比。

cm
rm U U M = 载波比N ；三角载波频率c f 与正弦调制波参考信号频率r f 之比。

r
c f f N = 同步调制是N 为常数的调制方式。

采样点和开关点重合的调制方式为自然采样。

自然采样的优点为：1.基波幅值与调制度M 成正比，利于调压。

2.高次谐波随着载波比N 与调制度M 的增大而减小，有利于波形的正弦化。

计算机仿真实验报告专业：电气工程及其自动化班级：11电牵4班姓名：江流在班编号：26指导老师：叶满园实验日期：2014年5月22日一、实验名称：单、三相双极性SPWM逆变电路MATLAB仿真二、目的及要求了解并掌握单、三相双极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MATLAB中对Simulink的使用及模块封装、参数设置等技能； 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。

三、实验原理1.单相双极性SPWM逆变的电路原理2、单相双极性SPWM逆变电路工作方式单相桥式逆变电路双极性PWM控制方式：在Ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两种电平。

同样在调制信号Ur和载波信号Uc 的交点时刻控制器件的通断。

Ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

当Ur>Uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。

如I0>0，V1和V4通，如I0<0，VD1和VD4通，U0=Ud 。

当Ur<Uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。

如I0<0，V2和V3通，如I0>0，VD2和VD3通，U0=-Ud 。

这样就得到如下所示的双极性的SPWM波双极性SPWM控制方式波形3.三相双极性SPWM逆变的电路原理图三相SPWM逆变电路4、三相双极性SPWM逆变电路工作方式为：四、实验步骤及电路图1、建立单相双极性SPWM逆变电路MA TLAB仿真模型。

以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：2、单相双极性SPWM逆变电路参数设置本实验设置三角载波的周期为t，通过改变t的值改变输出SPWM矩形波的稠密，从而调节负载获取电压的质量。

设置正弦波周期为0.02s，幅值为1。

直流电源幅值为97V，三角载波幅值为1.2V，三角载波必须依次交替输出正三角波和负三角波，这可以通过让三角载波同与之周期相同的、依次交替输出1和-1的矩形波相乘实现。

单相SPWM逆变桥输出电压的谐波分析引言：单相SPWM逆变桥是一种常见的交流电源变换器，广泛应用于工业控制中。

在SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）逆变桥中，通过调整PWM信号的占空比，控制输出电压的大小和频率，以实现对交流电源的变换。

本文将对单相SPWM逆变桥输出电压的谐波进行分析。

一、单相SPWM逆变桥的工作原理逆变桥的工作原理如下：1.当M1和M2导通时，上管形成导通通道，电流从正极流向负极，输出电压为正向。

2.当M3和M4导通时，下管形成导通通道，电流从负极流向正极，输出电压为反向。

3.M1和M4、M2和M3也可以同时导通，此时两个导通通道是时序互补的，可以形成全桥逆变，输出电压的极性可以根据控制信号决定。

由于PWM的调制方式是基于三角波的频率调制，所以输出电压将会产生谐波。

具体的谐波分析如下：1.基波分量：基波是输出电压中频率最低的正弦波分量，其频率由所选择的PWM三角波频率决定，一般为50Hz或60Hz。

2.谐波分量：谐波分量是输出电压中频率高于基波的正弦波分量。

根据上述逆变桥的工作原理，谐波的频率为输入直流电压频率的奇次谐波。

具体的谐波分量数值与具体的控制策略有关，下面分析两种常见的输出电压控制策略。

（1）三角波PWM在三角波PWM控制下，PWM信号的占空比根据三角波的振幅决定。

当PWM信号的占空比为0.5时，输出电压为基波分量的峰值。

当PWM信号的占空比为0或1时，输出电压为0。

所以，在三角波PWM控制下，逆变桥输出电压只包含基波分量。

（2）正弦PWM在正弦PWM控制下，PWM信号的占空比与正弦波的幅值成正比，所以逆变桥输出电压中包含基波分量和谐波分量。

根据正弦PWM的控制方法不同，谐波分量的大小也会有所变化。

三、单相SPWM逆变桥输出电压的谐波抑制措施为了减小逆变桥输出电压中的谐波分量，常采用以下措施进行抑制：1.增加PWM的频率：增加PWM的频率有助于减小谐波分量的幅值，提高输出电压的质量。

SPWM变频调速的基本原理与方法1 SPWM 逆变器的工作原理SPWM变频系统的主电路如图1-1，它工作原理是：由单片机产生的三相SPWM控制脉冲，经驱动放大电路放大后，控制主开关VT1～VT6的通断，将整流滤波后的单相直流电压逆变为三相交流电压拖动异步电动机，改变调制信号的周期与幅值，也就改变了主开关的输出脉冲周期与占空比，从而实现电机的VVVF 控制。

1）SPWM 的控制方式SPWM有两种控制方式，可以是单极式，也可以双极式。

两种控制方式调制方法相同，输出基本电压的大小和频率也都是通过改变正弦参考信号的幅值和频率而改变的，只是功率开关器件通断的情况不一样。

采用单极式控制时在正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断，双极式控制时逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，处于互补的工作方式。

2）逆变器输出电压与脉宽的关系在变频调速系统中，负载电机接受逆变器的输出电压而运转。

对电机来说有用的只有基波电压，通过对SPWM 输出波形的傅立叶分析可知，输出基波电压的幅值与各项脉宽有正比的关系，说明调节参考信号的幅值从而改变各个脉冲的宽度时，就实现了对逆变器输出电压基波幅值的平滑调节。

3）脉宽调制的制约条件将脉宽调制技术应用于交流调速系统要受到逆变器功率器件开关频率和调制度的制约。

逆变器各功率开关器件的开关损耗限制了脉宽调制逆变器的每秒脉冲数（即逆变器每个开关器件的每秒动作次数）。

同时，为保证主电路开关器件的安全工作，必须使所调制的脉冲波有个最小脉宽与最小间隙的限制，以保证脉冲宽度大于开关器件的导通时间与关断时间。

2 SPWM 逆变器的调制定义载波的频率fc与调制波频率fr之比为载波比N，即N= fc / fr 。

视载波比的变化与否有同步调制与异步调制之分。

三角调制波与正弦控制波的交点所确定的一组开关角决定了逆变器输出波形的频谱分布。

载波比N对逆变器输出波形的频谱分布有很大的影响。

逆变器输出的谐波分量主要集中在频率调制比N及其倍频2N、3N...的周围，在中心频率附近的谐波振幅极大值随其中心频率增大而减小，其中以N处的谐波振幅为最大，根据分析，谐波的频率可以表示为在此，基频对应于h=1。

SPWM1 SPWM 基本原理SPWM [19]理论基于冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要它们的冲量（面积），即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。

也就是说，不论冲量为何种表现形式，只要是冲量等效的脉冲作用在惯性系统上，其输出响应是基本相同的。

如果将图3.6a 所示正弦波等分成若干份，那么该正弦波也可以看做是由一系列幅值为正弦波片段的窄脉冲组成。

如果每个片段的面积分别与A 、B 、C …L 、M 、N 所示一系列等宽不等高的矩形窄脉冲的面积相等，那么由冲量等效原理可知，由A 、B 、C …L 、M 、N 这些等宽不等高的矩形脉冲构成的阶梯波和正弦波是等效的。

进一步，如果让图1所示逆变器产生如图3.6b 所示的一系列幅值为d V ±的等高不等宽的窄脉冲，并使每个窄脉冲的面积分别与相应A 、B 、C …L 、M 、N 的面积相等，根据等效原理，图3.6b 中这些等高不等宽的窄脉冲也是与正弦波等效的。

所以，不论是正弦波还是与其冲量等效的等宽不等高的阶梯波，又或者是与其冲量等效的等高不等宽的窄脉冲序列，当其作用于惯性系统后，最终输出是基本相同的。

也就是说，正弦波通过惯性系统以后还是正弦波，与正弦波等效的窄脉冲序列通过惯性系统后基本也是正弦波。

如图3.6a 所示，将该正弦波()wt V t v m sin 1=的半个周期均分成n 个相等的时间段，每个时间段长n T T s 2/=，对应角度为s s wT =θ。

假定第k 个时段的终点时刻为s kT ，起点时刻为()s T k 1-，则第k 个时段中心处相位角为⎪⎭⎫⎝⎛-==s s k k T KT w wt 21α (3.1)要使图3.6b 中第k 个时段幅值为d V 的窄脉冲的面积与对应时段正弦波面积相等，脉冲宽度k T 必须满足式dt wt v dt wt v T V ssssKT T K m KT T K ab k d )(sin )()1(1)1(⎰⎰--⋅==⋅[]s s mwKT T K w wV cos )1(cos 1--=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=s s s m T KT w wT w V 21sin 21sin 21 (3.2)将3.1式代入3.2式得k m s kd k d V wT w wV T V αθsin 21sin 211⋅⎪⎭⎫⎝⎛⋅=⋅=⋅ (3.3)因此，第k 个脉冲的宽度在s T 时段的占空比为k k ss d m s k s k k M wT wT V V T T D ααθθsin sin 21sin 21⋅=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=== (3.4)定义调制比为ss d m wT wT V V M ⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=21sin 21 (3.5)如果n 、d V 、m V 1、w 的值确定，则M 为一常数，从而k D 是按正弦规律变化的，即脉冲宽度是按正弦规律变化的。

SPWM与SVPWM的原理、算法以及两者的区别所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。

它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。

三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。

SPWM（Sinusoidal PWM）法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。

前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

SVPWM的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。

传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。

spwm与svpwm的原理SPWM原理正弦PWM的信号波为正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的。

正弦波波形产生的方法有很多种，但较典型的主要有：对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种。

第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小，所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波，显然输出电压高于前者，但对于微处理器来说，增加了数据处理量当载波频率较高时，对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的，它兼顾了前两种方法的优点。

SPWMSPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.定义我们先说说什么叫PWMPWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。

广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。

所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。

它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。

三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。

该方法的实现有以下几种方案。

1.3.1等面积法该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.1.3.2硬件调制法硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。

通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。