电流滞环跟踪spwm

课程设计(论文)任务书电气与电子工程学院电力牵引与传动专业班一、课程设计(论文)题目:电流滞环跟综PWM(CHBPWM)控制技术的仿真二、课程设计(论文)工作自 2013年6月16日起至2013年6月21日止。

三、课程设计(论文) 地点: 电气学院机房四、课程设计(论文)内容要求：1．本课程设计的目的（1）熟练掌握MATLAB语言的基本知识和技能；（2）熟悉matlab下的simulink和simpowersystems工具箱；（3）熟悉构建三相电流跟踪滞环控制系统的仿真模型；（4）培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。

2．课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）要求对主电路和脉冲电路进行封装；（2）仿真参数为：E=100-300V; f=50HZ; 带宽2h; 步长h=0.0001s，其他参数自定；（3）给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，要求采用subplot作图；（4）选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。

2）创新要求：封装使仿真模型更加美观、合理3）课程设计论文编写要求（1）要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文（2）论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等（3）课程设计论文用B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成4）答辩与评分标准：（1）完成原理分析：20分；（2）完成设计过程：40分；（3）完成调试：20分；（4）回答问题：20分；5）参考文献：（1）刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）. 北京：高等教育出版社，2008.（2）刘志刚.电力电子学.北京：清华大学出版社、北京交通大学出版社，2004.（3）李传琦. 电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社，2006.6）课程设计进度安排内容天数地点构思及收集资料2图书馆编程设计与调试1实验室撰写论文2图书馆、实验室学生签名：年月日课程设计(论文)评审意见（1）完成原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）设计分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）完成调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）翻译能力（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（6）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否（）(7) 总评分数\优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；评阅人：职称：年月日摘要滞环比较跟踪控制是一种非线性砰-砰控制方法，在各类闭环跟踪控制系统中广泛应用。

SPWM与SVPWM之比较首先，先分别了解SPWM和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. 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, 最大是直流侧电压的倍,这是此方法的最大的缺点.SVPWM原理：电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同,SPWM调制是从三相交流电源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源.而SVPWM是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,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,从而实现对电动机恒磁通变压变频调速.若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨迹为圆形. SVPWM比SPWM的电压利用率高15%,这是两者最大的区别,但两者并不是孤立的调制方式,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,因此SVPWM有对应SPWM的形式.反之,一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的,只不过SPWM易于硬件电路实现,而SVPWM更适合于数字化控制系统.接下来对SPWM和SVPWM进行具体的对比。

按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。

电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真桂寒 120100068摘要:电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真所采用的器件简单,利用simulink 工具分析了在电流跟踪控制中采用滞环宽度并讨论了滞环宽度与开关频率与控制精度之间的关系,给出了各波形。

关键词:电流滞环控制 脉宽控制 滞环宽度控制法 1. 前言 2.应用PWM 控制技术的变压变频器一般都就是电压源型的,它可以按需要方便地控制其输出电压,为此前面两小节所述的PWM 控制技术都就是以输出电压近似正弦波为目标的。

但就是,在电流电机中,实际需要保证的应该就是正弦波电流,因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值,不含脉动分量。

因此,若能对电流实行闭环控制,以保证其正弦波形,显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。

2、 电流滞环跟踪控制原理2、1 单相电流滞环控制原理常用的一种电流闭环控制方法就是电流滞环跟踪 PWM(Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM)控制,具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的A 相控制原理如1图所示。

图1 电流滞环跟踪控制的A 相原理图图中,电流控制器就是带滞环的比较器,环宽为2h 。

将给定电流 *a i 与输出电流 a i 进行比较,电流偏差 ∆ a i 超过时 ±h ,经滞环控制器HBC 控制逆变器 A 相上(或下)桥臂的功率器件动作。

B 、C 二相的原理图均与此相同。

采用电流滞环跟踪控制时,变压变频器的电流波形与PWM 电压波形示于图6-23。

⏹ 如果, a i < *a i , 且*a i - a i ≥ h ,滞环控制器 HBC 输出正电平,驱动上桥臂功率开关器件V1导通,变压变频器输出正电压,使a i 增大。

当增长到与*a i 相等时,虽然滞环比较器的输入信号的符号发生了变化,但HBC 仍保持正电平输出,保持导通,使a i 继续增大 ⏹直到达到a i = *a i + h , a i = –h ,使滞环翻转,HBC 输出负电平,关断V1 ,并经过延时后驱动V4,直到电流的负半周V4才能导通。

SPWM电流跟踪并网逆变控制技术研究高嵩;王辉;何宁;陈超波【摘要】针对传统的正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)电流跟踪并网逆变控制方法的电流响应较慢,跟随误差较大,易受电网电压影响的问题,提出了一种改进的SPWM电流瞬时值跟踪控制方法.介绍了单相并网逆变主电路拓扑结构,对改进型SPWM电流控制方式进行了描述和分析,建立了并网电流闭环控制系统的数学模型.系统中运用了闭环控制模式,加入了电压前馈补偿环节,通过控制逆变系统的输出电流以跟踪市电的变化,与电网电压同频、同相.仿真结果表明,改进后的方法输出电流波形谐波畸变含量为0.26%,加入PI控制环节的调整时间为0.2 s.%The traditional SPWM inverter control method of the current tracking interconnection has the disadvantages of lower current, bigger follow error and liability to being affected by network voltage.An improved SPWM current instantaneous tracking control method is proposed.The single-phase grid inverter circuit topology is introduced first.Then the modified SPWM current control modes are described and analyzed, and the mathematical model of the grid current closed-loop control system is established.Finally, the improved SPWM current control mode was simulated.Simulation results show that the content of harmonic distortion is significantly reduced while the real-time performance is greatly improved.【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2011(031)001【总页数】5页(P74-77,83)【关键词】并网逆变器;电流跟踪控制;SPWM;谐波畸变【作者】高嵩;王辉;何宁;陈超波【作者单位】西安工业大学,电子信息工程学院,西安,710032;西安工业大学,电子信息工程学院,西安,710032;西安工业大学,电子信息工程学院,西安,710032;西安工业大学,电子信息工程学院,西安,710032【正文语种】中文【中图分类】TM92目前国外光伏并网逆变器产品的研发主要集中在最大功率跟踪和逆变环节集成的单极能量变换上[1],功率主要为几百瓦到五千瓦的范围,控制电路主要采用数字控制,注重系统的安全性、可靠性和扩展性,且具有各种完善的保护电路.光伏发电并网系统在我国还没有真正投入商业化运行,目前所建光伏并网系统均为示范工程.逆变器的数字化控制己经研究了多年,实时数字控制中采用软件算法来实现反馈控制.采用数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)不仅可以比较方便地实现控制目的,而且大大简化了控制电路的设计,提高了可靠性.随着太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视,并网逆变技术的研究尤为重要.光伏发电并网控制的关键和难点在于如何防止系统干扰、保持并网电流和电网电压同步等问题.在光伏并网系统的控制策略方面,现有控制方法有滞环控制、双环控制、无差拍控制、重复控制和模糊控制等.滞环电流控制技术没有传统的电流调节器,功率器件的开关频率不固定,增加了系统参数设计的难度[2];双环控制具有固定的开关频率,易于系统的设计,但在开关频率不够高的情况下,电流动态响应相对较慢,并且电流动态偏差随着电流变化率的变化做出相应的变化[3];无差拍控制系统的鲁棒性不强,负载变化、非线性负载或者温度、运行条件等原因出现参数波动时,易造成系统的不稳定或输出性能恶化[4];重复控制虽然可以保证输出波形质量,但它的缺点是动态响应慢[5];模糊控制可以实现比常规控制方法更好的动态特性,但控制的精确性仍有待提高[6].由于常用的控制方法存在电流响应较慢、易受电网电压影响等因素,文中对电流跟踪方法进行研究改进,提高实时性和减少谐波畸变.1 单相并网逆变主电路拓扑结构单相并网逆变器的主电路拓朴结构是一个H桥,其结构如图1所示.通过四个功率器件(IGBT)的换相,可将直流能量转换成适合于并网的交流能量,由于电网反映电压源的特性,因此并网的能量应以电流源的形式出现.通过交流侧电感的滤波作用,逆变桥输出的SPWM电压波形转换成适合于馈入电网的正弦波电流波形.变压器起到将并网逆变系统与电网隔离的作用,可以保护逆变环节的电路.图1 并网逆变器主电路结构Fig.1 Main circuit structure of grid-connected inverter2 并网逆变器的控制模式并网逆变器的输出控制有电压控制方式和电流控制方式两种[6].以电流源为输入的逆变器,直流侧需要串联一个大电感来提供较稳定的直流输入,但这一大电感往往会导致系统动态响应差,因此当前世界范围内大部分的并网逆变器均采用电压源输入为主的方式.如果逆变器的输出采用电流控制,则实际上就是一个电流源与电压源并联运行的系统,这种情况下只需控制逆变器的输出电流跟踪电网电压的相位和频率,保持正弦输出,保证较高的并网功率因数,即可达到逆变器并网运行的目的,由于这种控制方法相对简单,因此使用比较广泛.文中所采用的并网逆变控制方式就是采用电压源输入、电流源输出的控制方式[7-8].2.1 并网逆变电流跟踪方法传统的SPWM电流跟踪控制方法将参考电流(直流采样经过最大功率处理后的电流)与并网电流的实时值进行比较,两者的偏差经PI调节后再与三角波比较,以输出PWM信号.此方法跟随误差较大;模拟电路较多;电流响应相对于瞬时值比较方式较慢.从图2可以清楚地看到,并网电流i c、电网电压U NET与逆变器交流侧电压U A三者之间的相量与相位关系[9].只要在实际控制中满足这种相位关系,就可以成功实现输出电流与电网电压同频及同相.图2 逆变器输出矢量三角形Fig.2 Inverter output vector triangle改进的SPWM电流跟踪方式全部是由数字信号处理器(DSP)控制,其工作原理是直接采样电网电压、实际并网电流和电网前馈电压,将这些采样值作为控制基准一起送给DSP,由DSP计算并输出PWM信号,分别驱动逆变桥的四只IGBT工作,逆变器输出的并网电流将会较好地跟踪参考电流,并始终与电网电压保持同频、同相,从而实现可再生能源以高功率因数回馈电网.改进型SPWM电流跟踪方式示意图如图3所示.i r是参考电流给定信号,i c是实际并网电流.这种控制方式采用两个闭环模式进行调节.图3 改进的SPWM电流跟踪方式示意图Fig.3 Diagram of imp roved SPWMcurrent track数字PI调节其物理意义就相当于在电感上产生的电压,PI调节值与电网前馈电压值U NET之和,其物理意义就相当于逆变器输出脉冲电压U A,构成了一个矢量三角形,与逆变器的输出向量关系图2相符.2.2 并网电流闭环控制系统数学模型电流跟踪闭环控制系统,要求快速跟随参考电流的瞬态变化.我们采用基于DSP的改进型SPWM电流跟踪方式.其控制过程是与电网同频同相位的参考电流给定值与实际的并网电流瞬时值反馈值进行比较,差值通过PI调节器处理后与引入的电网电压前馈补偿环节处理结果相综合,直接输出正弦波脉宽调制信号,经驱动电路放大,驱动功率开关器件工作,再由滤波环节产生与电网同频同相位的正弦波电流.由于采用了并网电流的闭环控制,使系统电流的动、静态性能都得到了提高,同时也使电网侧电流控制对系统参数不敏感,增强了控制系统的鲁棒性.我们在并网电流闭环控制系统中,加入电网电压前馈补偿,以抵消电网电压对并网电流的影响.具有前馈补偿的闭环控制框图如图4所示,其中G1(s)是PI调节环节,G2(s)是逆变环节,G3(s)是滤波环节,G4(s)是电网电压前馈补偿环节.图4 带有前馈补偿的闭环控制图Fig.4 Control chart of closed-loop with feed-forward com pensation单极性SPWM控制下的逆变环节可视为等效的线性比例环节[9].逆变器的传递函数为K PWM为比例常数,即逆变器的增益.由LC滤波电路可知,滤波器的传递函数可表示为式中:L为逆变器滤波电感;C为滤波电容.PI控制器的传递函数为并网系统加入PI调节后的开环传递函数为在并网系统中,电网电压可视为扰动信号,如不考虑采用电网电压的前馈补偿,则电网电压对并网电流的影响可以表示为若考虑用电网电压的前馈控制,则电网电压对并网电流i c的影响可以用下式表示:为了对电网扰动的误差全面补偿,在式(6)中,若令G4(s)=1/G2(s),则有 I(s)=0.通过电网电压的前馈控制,经前馈环节的特定设置,可以使得电网电压对输出电流的影响为零,从而在理论上达到了全补偿的要求.简单的说就是在系统中加入电压前馈补偿可以减少电网电压对并网电流的影响.在闭环控制系统中加入电压前馈补偿控制能有效地抑制电网电压对并网电流的影响,保证了逆变器输出正弦波并网电流的质量.3 单相并网逆变系统仿真3.1 PI算法仿真及分析通过Matlab分别针对加入PI控制环节和不加入PI控制环节用进行了仿真[10-11],上升时间取1 s.图5为不加PI控制环节的阶跃响应仿真图形,图6为加PI控制环节的阶跃响应仿真图形.由图5、图6分析,不加PI控制环节调整时间为1 s,而加入PI控制环节的调整时间为0.2 s.由此可见,PI控制环节的加入,减小了系统的调整时间、加快了系统响应速度,可靠性得到了提高.图5 不加PI控制环节的阶跃响应Fig.5 Step response without PI control图6 加入PI控制环节的阶跃响应Fig.6 Step response with PI control3.2 系统整体仿真条件及结果分析运用Matlab中的Simulink工具箱对系统进行仿真,在仿真模块中加入了 Total Harmonic Distorsion模块,如图7用于测量并网电流波形总谐波畸变含量.图7 谐波畸变测量模块Fig.7 Measurementmodule of harmonic distortion 单相光伏并网逆变系统仿真条件为,直流电压输入为200 V时,对20 A的参考电流进行仿真.按照我国电网频率50 H z进行的参数设置,图8中截取是0.1 s时间段的波形,图8(a)～(d)中的波形依次为SPWM波形、参考电流波形、并网电流波形、电网电压波形.图8 改进型方法的波形Fig.8 W aveform of the im proved method改进型方法的输出电流波形始终跟随参考给定电流的变化,且与电网电压同频、同相,几乎没有误差,但是由图7的谐波畸变测量模块测出传统方法的波形谐波畸变含量为2.21%;而改进型方法的输出电流波形谐波畸变含量为0.26%.由此可见,谐波畸变含量显著减小,改进型方法的电流波形有了较大的改善,加入了电压前馈补偿,可以抑制谐波畸变,电压前馈补偿得到有效的验证.4 结论1)通过对SPWM电流跟踪控制方式的改进,使输出的电流始终跟随参考电流的变化,且与电网电压同频率同相位,符合并网要求.2)由于采用了并网电流的闭环控制模式,加入了电压前馈补偿环节,有效的补偿了电网电压对并网电流的扰动,使系统电流的动态性能得到了提高,谐波畸变率显著减小.3)通过采用PI控制环节,减小了系统的调整时间、加快了系统响应速度,使系统实时性得到较大提高.参考文献:【相关文献】[1] K jaer S B,Pedersen J K,Blaab jerg F.A Review of Single-phase Grid-connected Inverters for Photovoltaic Modu les[J].IEEE Transactions on Industry App lications,2005,41(5):1292.[2] 雷元超,陈春根.滞环比较PWM跟踪控制分析[J].水电能源科学,2004(3):83.LEI Yuan-chao,CHEN Chun-gen.Hysteresis PWMTracking Control of Power[J].Hydropow er Energy and Science,2004(3):83.(in Chinese)[3] Buso S,Faso lo S,MattavelliP.Uninterruptible Power Supply Multiloop Control Employing Digital Predictive Vo ltageand Current Regu lators[J].IEEE Transactions on Industry Applications,2001,37(6):1846.[4] Chihchiang H.Two-level Sw itching Pattern Deadbeat DSPControlledPWMInverter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2001,10(3):310.[5] 熊健,史鹏飞,张凯,等.基于电压微分反馈控制和重复控制的逆变电源控制技术[J].电工电能新技术,2006,25(3):46.XIONG Jian,SH IPeng-fei,ZHANG Kai,et al.Based on Voltage Differential Feedback Control and Repetitive Contro l Inverter Control Technique[J].Power System Technology,2006,25(3):46.(in Chinese)[6] 陈江辉,谢运祥,陈兵.逆变电路的控制技术与策略[J].电气应用,2006,25(9):102.CHEN Jiang-hui,XIE Yun-xiang,CH EN Bing.Inverter Circuit Control Technology and Strategy[J].Electrical App lications,2006,25(9):102.(in Chinese)[7] LI Shao-lin,YANG Ping.Research on a SPWMInverter Power Supp ly System Based on DSP[J].IEEE Computer Society,2008(8):196.[8] Mustapha Raou.Average Current Mode Control of A Vo ltage Source Inverter[J].Journal of Electrical Engineering,2004(3):3.[9] Jung S L,Tzou Y Y.Discrete Sliding-mode Contro l of a PWMInverter for Sinusoidal Output Waveform Synthesis with Op timal Sliding Curve[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1999(11):567.(in Chinese)[10] 白继平,许德辉.基于MATLAB下的PID控制仿真[J].中国航海,2004(4):77.BA I Ji-ping,XU De-hui.PID Contro l Simulation Based on the MATLAB[J].China Sailing,2004(4):77.(in Chinese)[11] 薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.XUE Ding-yu,CHEN Yang-quan.System Simulation Technology Based on MATLAB/Simu link and Application[M].Beijing:Tsinghua University Press,2002.(in Chinese)。

直流调速系统：控制简单、调速平滑、性能良好。

但换向器存在，维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制交流调速系统：交流调速系统，励磁电流和转矩电流互相耦合，调速困难。

现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器及电量检测器组成，称为变频器。

课后习题1.交流调速的主要应用领域：1.冶金机械2.电气牵引3.数控机床4.矿井提升机械5.起重、装卸机械6.原子能及化工设备7.建筑电气设备8.纺织、食品机械2.异步电动机的优点：结构简单，运行可靠，便于维护，价格低廉。

3.异步电动的调速方法：改变电源频率、改变极对数以及改变转差率。

4.变频调速的基本要求：1.保持磁通为额定值 2.保持电压为额定值5.交－直－交变频器与交－交变频器的主要特点比较：比较项目类型交－直－交变频器交－交变频器换能方式两次换能，效率略低一次换能，效率高晶闸管换向方式强迫换向或负载换向电网换向所用器件数量较少较多调频范围频率调节范围宽一般情况下，输出最高频率为电网频率的1/3～1/2电网功率因素采用晶闸管可控整流调压，低频低压时功率因数较低，采用斩波器或PWM方式调压，功率因数高较低适用场所可用于各种电力拖动装置，稳频稳压电源和不间断电源适用于低速大功率拖动6.同步电动机变频调速方法：他控式变频调速、自控式变频调速。

不同：他控式变频调速采用独立的变频器（即输出频率由外部振荡器控制）作为同步电机的变压变频电源。

自控式变频器调速由电动机轴上所带的转子位置检测器发出信号来控制逆变器的触发换相，即采用输出频率由转子位置来控制的变压变频电源为同步电机供电。

这样就从内部结构和原理上保证了频率与转速必然同步，构成“自控式”。

7.各种变频调速的基本原理：按结构分为交－直－交变频器与交－交变频器；按电源性质分电压型变频器：变频器主电路中的中间直流环节采用大电容滤波，使直流电压波形比较平直，对于负载来说，是一个内阻抗为零的恒压源，这类变频调速装置叫做电压源变频器。

电力拖动自动控制系统（名词解释）一、名词解释：1.G-M系统（旋转变流机组）：由交流电动机拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁If即改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n，这样的调速系统简称G-M系统，国际上统称Ward-Leonard系统。

2.V-M 系统（晶闸管-电动机调速系统）：通过调解器触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现评平滑调速，这样的系统叫V-M系统。

3. （SPWM）：按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波雨期望波的争先等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（SPWM）。

4.（旋转编码器的测速方法）M法测速——在一定时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1,用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。

T法测速——在编码器两个相邻输出脉冲间隔时间内，，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。

M/T法测速——既检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测用一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。

5.无刷电动机：磁极仍为永磁材料，但输出方波电流，气隙磁场呈梯形波分布，这样就更接近于直流电动机，但没有电刷，故称无刷电动机（梯形波永磁同步电动机）。

6.DTC（直接转矩控制系统）：它是利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，是既矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。

7.恒Eg/f1=C控制：对于三相异步电动机，要保持气隙磁通不变，当频率从额定值向下调节时，必须同时降低气隙磁通在在定子每相中感应电动势的有效值Eg，使Eg/f1=恒定值，像这样的控制方法叫恒Eg/f1=C控制。

（譬如，对于异步电动机，如果在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压Us的数值，使它在克服钉子阻抗压降以后，能维持Eg/f1为恒值，这种控制方法叫Eg/f1=C控制。

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。

SPWM与SVPWM之比较首先，先分别了解SPWM和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. 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, 最大是直流侧电压的倍,这是此方法的最大的缺点.SVPWM原理：电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同,SPWM调制是从三相交流电源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源.而SVPWM是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,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,从而实现对电动机恒磁通变压变频调速.若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨迹为圆形. SVPWM比SPWM的电压利用率高15%,这是两者最大的区别,但两者并不是孤立的调制方式,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,因此SVPWM有对应SPWM的形式.反之,一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的,只不过SPWM易于硬件电路实现,而SVPWM更适合于数字化控制系统.接下来对SPWM和SVPWM进行具体的对比。

按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。

逆变器单极性电流SPWM 控制与滞环控制比较朱军卫,龚春英(南京航空航天大学,江苏南京　210016) 摘要:分析了电流滞环控制型及电流SPWM (正弦脉宽调制)控制倍频调制型逆变器的工作原理;讨论了这两种控制方式下逆变器的谐波分布,给出了各自滤波器的设计方法,并针对它们制作了两台300W 原理样机。

通过仿真与实验验证,与电流滞环控制型逆变器相比,电流SPWM 控制倍频调制型逆变器具有谐波分布固定,滤波器设计简单的优点,在开关频率相同的条件下,要获得滤波后相同质量的输出波形,前者的滤波器大大小于后者。

关键词:脉宽调制;滤波器;频谱分析/滞环控制中图分类号:TM464 文献标识码:A 文章编号:1000-100X (2004)01-0026-04Performance Comparison of the U nipolar Current 2SPWMControl and H ysteresis Control InverterZHU J un 2wei ,GON G Chun 2ying(N anjing U niversity of Aeronautics and Ast ronautics ,N anjing 210016,China )Abstract :In the paper ,the operating principle of current hysteresis control and current SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation )control inverters is analyzed separately at first.Then harmonic distribution of the two kinds of invert 2ers is discussed in detail and filter design technique is introduced.Two 300W prototypes are made according to the two kinds of operating principle.Finally ,the simulation and experimental results illustrate that the current SPWM control in 2verter hasthe advantages of fixed harmonic distribution ,sim ple filter design ,and the filter is smaller than that of the cur 2rent hysteresis inverter to obtain same output voltage performance at the same switching frequency.K ey w ords :PWM ;filter ;spectrum analysis/hysteresis control1　引　言T HD (Total Harmonic Distortion )是衡量一台逆变电源性能的重要指标,从逆变器诞生之日起,研究者们就把消除谐波,减小输出电压的T HD ,提高输出电压质量作为一项重要的研究内容。

svpwm变频调速原理详解svpwm与SPWM区别本文主要是关于svpwm变频调速的相关介绍，并着重对svpwm与SPWM进行了详尽的区分介绍。

SVPWMSVPWM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。

原理普通的三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥。

这六个开关器件组合起来（同一个桥臂的上下半桥的信号相反）共有8种安全的开关状态。

其中000、111（这里是表示三个上桥臂的开关状态）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。

因此称其为零矢量。

另外6种开关状态分别是六个有效矢量。

它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区，利用这六个基本有效矢量和两个零量，可以合成360度内的任何矢量。

当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，而后用这两个基本矢量去表示，而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。

用电压矢量按照不同的时间比例去合成所需要的电压矢量。

从而保证生成电压波形近似于正弦波。

在变频电机驱动时，矢量方向是连续变化的，因此我们需要不断的计算矢量作用时间。

为了计算机处理的方便，在合成时一般是定时器计算（如每0.1ms计算一次）。

这样我们只要算出在0.1ms内两个基本矢量作用的时间就可以了。

由于计算出的两个时间的总和可能并不是0.1ms（比这小），而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。

由于在这样处理时，合成的驱动波形和PWM很类似。

因此我们还叫它PWM，又因这种PWM是基于电压空间矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。

svpwm变频调速原理SVPWM原理电压空间矢量PWM（SVPWM）的出发点与SPWM不同，SPWM调制是从三相交流电源。

电流滞环跟踪PWM控制技术摘要：电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真所采用的器件简单，利用simulink工具分析了在电流跟踪控制中采用滞环宽度并讨论了滞环宽度与开关频率和控制精度之间的关系，给出了各波形。

关键词：电流滞环控制脉宽控制滞环宽度控制法一、前言应用PWM控制技术的变压变频器一般都是电压源型的，它可以按需要方便地控制其输出电压，为此前面两小节所述的PWM控制技术都是以输出电压近似正弦波为目标的。

但是，在电流电机中，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。

因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。

二、电流滞环跟踪控制原理常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪 PWM（Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM）控制，具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的A相控制原理如1图所示。

图1 电流滞环跟踪控制的A相原理图图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。

将给定电流i*a 与输出电流i a进行比较，电流偏差∆i a超过时±h，经滞环控制器HBC控制逆变器A相上（或下）桥臂的功率器件动作。

B、C二相的原理图均与此相同。

采用电流滞环跟踪控制时，变压变频器的电流波形与PWM电压波形示于图6-23。

如果，i a < i*a ，且i*a - i a ≥h，滞环控制器 HBC输出正电平，驱动上桥臂功率开关器件V1导通，变压变频器输出正电压，使增大。

当增长到与相等时，虽然，但HBC仍保持正电平输出，保持导通，使继续增大直到达到i a= i*a+ h， i a = –h，使滞环翻转，HBC输出负电平，关断V1 ，并经延时后驱动V4但此时未必能够导通，由於电机绕组的电感作用，电流不会反向，而是通过二极管续流，使受到反向钳位而不能导通。

SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究在目前逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和SPWM控制技术是变频电源中比较常用的两种控制方法。

滞环控制技术开关频率不固定，滤波器较难设计，且控制复杂，难以实现；SPWM控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实现控制。

当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能。

对于SPWM变频电源，采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略，工程中参数设计往往采用试凑法，工作繁琐，误差较大。

本文详细介绍了SPWM变频电源主要的控制参数设计准则和方法，对于快捷、准确地选择合适的闭环参数，有很大的实践应用价值。

2系统简介图1 双闭环控制的SPWM变频电源系统构成简化图图1为系统构成简化图，该系统由主电路和控制电路两部分组成。

逆变电源主电路采用以IGBT为开关器件的单相逆变电路, 采用全桥电路结构，经过LC低通滤波器，滤去高频成分，在滤波电容两端获得相应频率的光滑的正弦波。

虚线框包括的是控制电路，电压电流瞬时值双闭环反馈控制是由输出滤波电感电流和输出滤波电容电压反馈构成的。

其外环为输出电压反馈，电压调节器一般采用PI形式。

电压外环对输出电压的瞬时误差给出调节信号，该信号经PI调节后作为内环给定；电感电流反馈构成内环，电流环设计为电流跟随器。

电流内环由电感电流瞬时值与电流给定比较产生误差信号，与三角形载波比较后产生SPWM信号，通过驱动电路来控制功率器件，保证输出电压的稳定，形成典型的双环控制。

在实际应用中采用电流内环之外还设置电压外环的目的除了降低输出电压的THD外，还在于对不同负载实现给定电流幅值的自动控制。

3SPWM变频电源的线性化模型由于SPWM变频电源中存在着开关器件，因此是一个非线性系统，但因为一般情况下，SPWM变频电源的开关频率远高于调制频率，故可以利用传递函数和线性化技术，建立起SPWM变频电源的线性化模型[1]，如图2所示。

什么是电流跟踪型PWM变流电路？采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？
电流跟踪型PWM变流电路是一种通过跟踪负载电流来控制输出电流的电路。

它通常用于要求精确控制和调节负载电流的应用，如电动机驱动、电源适配器等。

采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器具有以下特点：
1.滞环比较方式：滞环比较方式是一种在电流跟踪型PWM
变流器中常用的控制方法。

该方式通过将参考电流与实际
负载电流进行比较，并应用滞回控制算法，调整PWM信
号的占空比，使输出电流跟踪参考电流。

2.高精度电流控制：滞环比较方式的电流跟踪型变流器具有
高精度的电流控制能力。

通过将滞环比较器设置为合适的
阈值，可以实现对输出电流的精确控制和调节。

该方式适
用于对负载电流要求较高的应用，能够实现精确的负载电
流跟踪和控制。

3.快速响应性能：采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器具
有快速的响应速度。

由于滞环比较器能够快速调整PWM
信号的占空比，以响应负载电流的变化，因此可以实时动
态调整输出电流，并具有较好的过载能力和动态响应性能。

4.抗负载波动能力强：滞环比较方式的电流跟踪型变流器通
过及时调整PWM信号的占空比来跟踪负载电流，具有较
强的抗负载波动能力。

即使在负载电流发生变化的情况下，
也能够迅速调整输出电流，使其保持稳定。

需要注意的是，滞环比较方式的电流跟踪型变流器可能存在一些不足之处，如可能引入更多谐波成分和较高的开关频率。

因此，在应用中需要综合考虑设计需求和性能要求，选择合适的控制策略和优化方法，以实现最佳的电流跟踪和控制效果。

引言采样控制理论中有一个重要结论：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。

PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80 年代以前一直未能实现。

直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。

到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法。

1相电压控制PWM1.1等脉宽PWM法[1]VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM ( Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。

等脉宽PWM 法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。

它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。

相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。

1.2随机PWM在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。

为求得改善，随机PWM方法应运而生。

SPWM与SVPWM之比较首先，先分别了解SPWM和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. 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, 最大是直流侧电压的倍,这是此方法的最大的缺点.SVPWM原理：电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同,SPWM调制是从三相交流电源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源.而SVPWM是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,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,从而实现对电动机恒磁通变压变频调速.若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨迹为圆形. SVPWM比SPWM的电压利用率高15%,这是两者最大的区别,但两者并不是孤立的调制方式,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,因此SVPWM有对应SPWM的形式.反之,一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的,只不过SPWM易于硬件电路实现,而SVPWM更适合于数字化控制系统.接下来对SPWM和SVPWM进行具体的对比。

按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。