基于MATLAB的脉宽调制(PWM,SPWM,SVPWM)
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matlab中pwmgenerator模块参数PWMGenerator(脉冲宽度调制发生器)是Matlab中的一个模块,用于生成脉冲宽度调制信号。
脉冲宽度调制(PWM)是一种通过改变脉冲宽度来控制电压或电流平均值的技术。
在PWMGenerator模块中,我们可以设置一些参数来控制PWM信号的生成和特性。
主要参数包括:1. 'ClockSource':时钟源,可以选择内部时钟源或外部时钟源。
对于内部,可以选择固定时钟频率(例如100kHz)或变化的时钟频率(例如可变的调制频率)。
2. 'CarrierFrequency':载波频率,即PWM信号的频率。
可以设置一个固定的频率或者一个变化的频率。
3. 'ModulationFrequency':调制频率,即PWM信号的调制频率。
可以设置一个固定的频率或者一个变化的频率。
4. 'PulseWidth':脉冲宽度,即PWM信号中高电平的时间。
可以设置一个固定的宽度或者一个变化的宽度。
5. 'DutyCycle':占空比,即高电平时间与一个周期的比例。
可以设置一个固定的占空比或者一个变化的占空比。
6. 'SignalType':信号类型,可以选择正弦波、方波、三角波等不同的波形类型。
7. 'PhaseShift':相移,即PWM信号与调制信号之间的相位差。
可以设置一个固定的相位差或者一个变化的相位差。
8. 'Polarity':极性,即PWM信号的极性。
可以选择正极性(高电平为正)或负极性(高电平为负)。
除了这些主要参数外,还可以设置其他参数来进一步控制PWM信号的生成,如:1. 'Inverted':反相输出,可以选择是否对PWM信号进行反相输出。
2. 'Resolution':分辨率,即PWM信号的位数。
毕业设计(论文)基于Matlab的单相电压型PWM整流电路仿真与设计摘要现代工业中,很多场合需要进行电能变换,例如把直流电能变为交流电能,交流电能变为直流电能。
直流电能变为交流电能由逆变器实现,交流电能变为直流电能由整流器实现。
随着整流器的广泛应用,关于传统整流器的一些问题也日益突出,输入功率因数较低,输入电流含有大量谐波。
针对传统的不控整流和相控整流中存在的谐波污染问题,采用直接电流控制中的双环控制策略,设计了单相全桥电压型PWM整流器的控制系统。
建立了系统的SIMULINK模型并进行了仿真。
仿真结果表明:该控制系统结构设计合理,参数选取适当,能实现有效控制。
详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式。
说明通过对PWM电路进行控制,选择合适的工作模式和工作时序,可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。
近年来PWM整流器迅速成为了研究热点,因为它不仅获得了可控的AC/DC变换性能,而且具有输入单位功率因数和低谐波电流,能量双向传输等优点。
关键词:单相电压型;PWM整流;功率因数;Matlab仿真The single-phase voltage source PWM rectifier circuit based onMatlab simulation and designAbstractIn modern industry, we need for power conversion on many occasions, for example, the exchange of AC power into DC power and DC power into AC power.AC power can be transferred into DC power by using the rectifier and DC power can be transferred into AC power by using the inverter. Since the rectifiers are extensively used, several problems with regard to traditional rectifiers have arisen in recent years, such as a low input power factor,and the harmonics in the input currents.In order to eliminate the harmonic pollution caused by the traditional phase controlled or uncontrolled rectifiers, a single-phase full-bridge voltage-type rectifier has been designed in which the 2-ring control PWM technique of directly current-controlled strategies is adopted.And the SIMULENK model has been built to simulate this system. The result thus indicates that the control system is of logical configuration and proper parameter.The theory and working modes about single-phase voltage source PWM rectifier are elaborately analysed in this paper,which illust rate that the voltage in DC side can be effectively stabilized with PWM control by selecting burst mode and time.Therefore, pulse-width modulated rectifiers have rapidly attracted the research interest over the past few years due to some of their significant advantages, such as controllable of AC-DC voltage, unity power factor, low harmonic distortion of input currents, power regeneration capability, etc.Keywords:single-phase voltage type;PWM Rectifier;The power factor;Matlab Simulation.目录引言 (V)第1章概述............................................................................................................- 1 -1.1本课题研究的意义 .............................................................................................- 2 -1.2国内外研究现状.................................................................................................- 2 -1.3本论文研究的主要工作.......................................................................................- 3 -第2章P WM控制技术.............................................................................................- 4 -2.1PWM简介..........................................................................................................- 4 -2.2PWM控制原理和应用 ........................................................................................- 4 -2.3PWM控制技术的应用 ........................................................................................- 8 - 第3章功率因数校正技术.................................................................................... - 10 -3.1功率因数校正简介 ........................................................................................... - 10 -3.2有源功率因数校正(APFC)技术.................................................................... - 17 -3.3提高功率因数的几种方法................................................................................. - 21 -3.4提高功率因数的实际意义................................................................................. - 21 -第4章Matlab仿真实验 ...................................................................................... - 22 -4.1电路的工作原理............................................................................................... - 22 -4.2实验要求......................................................................................................... - 23 -4.3Matlab仿真步骤和波形..................................................................................... - 23 -4.4主封装图以及各子系统 .................................................................................... - 28 -4.5仿真结论......................................................................................................... - 29 -结论和展望................................................................................ 错误!未定义书签。
PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写,按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度,以调节输出量和波形的一种调值方式。
PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脉冲幅度调制) 缩写,是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度,以调节输出量值和波形的一种调制方式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。
它广泛的用于支流交流逆变器等,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是Space Vector Pulse Width Modul的意思,翻译成空间矢量脉宽调制,它是一种PWM技术的调制方法,他的思想是通过pwm调制形成的pwm波在接入电机三相定子绕组中时,使电机的定子产生圆形旋转磁场,从而带动电机旋转,这里的空间矢量指的是三相定子电压的合成矢量(具体了解你可以看看交流传动方面的书我这里就不解释了),SVPWM 说白了是一种逆变方法是正弦脉宽调制(SPWM)的一个特例,而矢量控制是电动机调速的一种控制方法,他的目的是把三相异步电动机的转速和转矩控制分开使控制更精确,形成类似于直流电动机的数学模型,从而达到直流电动机的控制性能,矢量控制最终算出来的就是三相定子电压的数值,你根据这个数值再运用SVPWM就可以驱动电机达到你的控制要求了。
SVPWM与SPWM比较仿真研究张成;王心坚;衣鹏;孙泽昌【摘要】分析比较了SVPWM与SPWM的基本思想、实现原理和调制函数,并在Matlab/Simulink 中建立交流调速系统进行比较仿真.理论分析和仿真结果表明,两者既有区别又有联系.相比于传统SPWM,SVPWM直流电压利用率提高15.47%;相同条件下,SVPWM可获得更低的转矩波动,更低的电压谐波畸变率,在电机空间内形成更接近圆形的旋转磁场.SVPWM实质上是基于空间矢量、对在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变型SPWM.%In this paper, analysis and comparison of the basic idea, implementation principle as well as modulation function of space vector PWM (SVPWM) and SPWM are presented. And a model of AC speed regulating system is built in Matlab/ Simulink environment in order to conduct a comparative simulation. The theoretical analysis and simulation result demonstrate differences between SVPWM and SPWM as well as their connections. Compared with conventional SPWM, SVPWM gains a 15. 47% increase in DC voltage utilization ratio. Given the same condition, SVPWM yields lower torque ripple,lower total harmonic distortion of output voltage as well as a rotating magnetic field closer to a circular in motor space. SVPWM is essentially a variant of SPWM whose modulation wave is derived by adding a zero-sequence component to that of SPWM.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】5页(P3-7)【关键词】SVPWM;SPWM;比较仿真;脉宽调制【作者】张成;王心坚;衣鹏;孙泽昌【作者单位】同济大学新能源汽车工程中心,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TN787.20 引言采用脉宽调制(PWM)技术是变频器抑制谐波的主要措施[1-2]。
SVPWM的等效算法及SVPWM与SPWM的本质联系一、本文概述随着电力电子技术的快速发展,空间矢量脉宽调制(SVPWM)和正弦脉宽调制(SPWM)作为两种重要的调制策略,在电力转换和控制领域得到了广泛应用。
本文旨在探讨SVPWM的等效算法,并深入揭示SVPWM 与SPWM之间的本质联系。
我们将对SVPWM的基本原理和算法进行详细阐述,包括其空间矢量的概念、合成方法以及脉宽调制的实现过程。
在此基础上,我们将引入SVPWM的等效算法,该算法通过简化计算过程,提高了SVPWM的实时性和效率。
我们将对SPWM的基本原理和算法进行回顾,包括其正弦波调制的原理、实现方法以及优缺点。
通过对比SVPWM和SPWM的调制策略,我们将揭示两者在调制原理、波形质量、电压利用率等方面的本质联系和差异。
本文将通过仿真和实验验证SVPWM的等效算法的有效性,并展示SVPWM和SPWM在实际应用中的性能表现。
通过本文的研究,读者将能够更深入地理解SVPWM和SPWM的调制原理,为电力转换和控制领域的研究和应用提供有益的参考。
二、SVPWM的基本原理与等效算法空间矢量脉宽调制(SVPWM)是一种用于三相电压源型逆变器的先进调制策略。
其基本原理在于,将三相电压视为一个旋转的空间矢量,并通过控制该矢量的旋转速度和方向,实现对输出电压的精确控制。
SVPWM通过在一个控制周期内合成多个基本电压矢量,使得输出电压能够逼近期望的电压矢量,从而提高了电压利用率并降低了谐波含量。
SVPWM的等效算法主要基于伏秒平衡原则,即在一个控制周期内,通过合理地分配各个基本电压矢量的作用时间,使得输出电压的平均值等于期望的电压值。
具体实现时,首先根据期望的电压矢量计算出其在αβ坐标系下的分量,然后根据这些分量确定所需的基本电压矢量及其作用时间。
通过PWM信号控制逆变器的开关状态,实现输出电压的精确控制。
SVPWM与SPWM(正弦脉宽调制)的本质联系在于,它们都是通过控制逆变器的开关状态来生成期望的输出电压波形。
一分钟搞明白PWM、SPWM、SVPWM1、什么是PWM?PWM是Pulse Width Modulation缩写,中文是脉冲宽度调制。
它是按一定规律改变脉冲序列的脉冲宽度,以调节输出量和波形的一种调制方式。
2、什么是SPWM?SPWM英文是Sinusoidal Pulse Width Modulation ,中文是正弦波脉宽调制,也即Sinusoidal PWM,可以理解为是在PWM的基础上用正弦波来调制合成的具有正弦波规律变化的方波。
3、什么是SVPWM?SVPWM是空间矢量脉宽调制,英文是Space Vector Pulse Width Modulation)。
它与SPWM的原理和来源有很大不同,但是却殊途同归。
可以这样理解,SVPWM是在SPWM的基础上增加三次谐波,或者说,SVPWM却可以看成由载波与有一定三次谐波含量(三次谐波在对称三相系统中抵消)的正弦基波调制而成,以提高电压利用率(SPWM直流电压利用率仅为86.6%)。
4、SVPWM特点是什么?1.在每个小区间虽有多次开关切换,但每次开关切换只涉及一个器件,所以开关损耗小。
2.利用电压空间矢量直接生成三相PWM波,计算简单。
3.逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压,比一般的SPWM逆变器输出电压高15% 5、三种调制方式如何选择?简单来说,三种方式都可以使用。
一般来说,直接用PWM的场合较少,都是非常简单的应用情况下才会使用,因为控制简单,资源占用少。
而用SPWM足够满足大多数场合要求。
非要区分,那就是低频用SPWM多,高频用SVPWM的多,这里说的一般在30HZ以下用SPWM , 30HZ以上用SVPWM 。
对输出电压有较高要求的用SVPWM。
在实际工程应用中,可能会有几种方式同时使用。
本文只是入门级的介绍,让大家快速地建议一个感性的认识,更复杂部分,在后续文章中列出。
PWM、SPWM、SVPWM三种调制方式的相同点与不同点,你GET了吗?。
SPWM与SVPWM之比较一、原理比较SPWM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.二、算法比较SPWM将一个正弦信号作为基准调制波 ,与一个高频等腰三角载波进行比较 ,得到一个等距、等幅但宽度不同的脉冲序列。
脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。
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。
第1章绪论1.1 脉宽调制技术的研究背景——电气传动的发展随着电力电子技术、微处理器技术的发展以及材料技术尤其是永磁材料技术的进步,电气传动系统,包括交、直流电动机调速及伺服系统,正在向系统高性能、控制数字化、一体化机电的方向发展。
直流传动系统控制简单、调速特性好,一直是调速传动领域中的重要组成部分。
现代的直流传动系统的发展方向是电动机主极永磁化及换向无刷化,而无刷直流电动机正是在这样的趋势下所发展起来的机电一体化电动机系统。
一般意义上的无刷直流电动机(Bruhless DC Motor,BLDCM)是指方波无刷直流电动机,其特征是只需简单的开关位置信号即可通过逆变桥驱动永磁电动机工作。
1975年无刷直流电动机首次出现在NASA报告中。
之后,由于高性能、低成本的第三代永磁材料的出现,以及大功率、全控型功率器件的出现,使无刷直流电动机系统获得了迅速的发展。
1977年,出现了采用钐钻永磁材料的无刷直流电动机。
之后不久,无刷直流电动机系统开始广泛采用高磁能积、高矫顽力、低成本的第三代NdFeB永磁材料,且采用霍尔元件作位置传感器,采用三相全桥驱动方式,以提高输出转矩,使其更加实用。
1986年,H.R.Bolton对方波无刷直流电动机系统进行了全面的总结,这标志着方波无刷直流电动机系统在理论上、驱动控制方法上已基本成熟。
近年来,虽然永磁直流电动机也随着永磁材料技术的发展而得到了性能的提高,依然在直流传动系统中被广泛应用,但直流传动系统已经处于无刷直流电动机大规模普及与应用的阶段。
现代交流传动系统已经由感应电动机为主发展为多机种,尤其是以永磁同步电动机的发展最为显著。
一方面,由感应电动机构成的交流调速系统性能依然不断提高,变压变频(VVVF)技术及矢量控制技术完全成熟。
通过模仿直流电动机中转矩控制的思路,采用坐标变换,把交流感应电动机的定子电流分解成励磁分量和转矩分量,并通过对磁通和转矩的独立控制、使感应电动机获得类似直流电动机的控制特性。
近年来又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制等方法,从而使交流调速控制有了突破性的发展,并出现了一系列用于交流调速系统的高性价比的通用变频器。
另一方面,永磁同步电动机调速及高性能伺服技术发展迅速,应用功率范围不断扩大。
永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM),又被称为正弦波无刷直流电动机系统,实际上为带有位置传感器的、由逆变器驱动的永磁同步电动机系统。
其反电势波形为正弦波,相应的绕组电流也为正弦波。
关于永磁同步电动机的研究主要集中于电动机的新型结构形式、气隙磁场的设计、计算和绕组电流的控制。
其中,绕组电流的控制为大部分文献研究的焦点。
1982年,G.P.Fatt从理论上指出了两种有效获得正弦绕组电流的方法,即静止坐标系下的电流控制方法,它包括电流调节型SPWM控制方法(CRPWM)和电流滞环控制方法,指出了其应用范围,并加以实验验证。
至今,这两种方法在永磁同步电动机系统中得到了最广泛的应用。
1987年,P.Pillay对方波无刷直流电动机和正弦波无刷直流电动机系统进行了全面的对比,在总结正弦波无刷直流电动机各种研究成果的基础上,提出了基于旋转坐标系下的正弦波无刷直流电动机系统绕组电流控制方法:id、iq法。
此后的研究虽然在控制手段上不断改进,但控制方法没有本质的突破。
一般实现电流控制的手段有模拟方法、模拟数字混合方法、全数字方法等,并在逐步向全数字控制方向发展。
感应电动机和永磁同步电动机系统相比较,无论是在效率、功率密度等各方面,永磁同步电动机系统均具有相当优势。
因此,交流永磁同步电动机在交流传动系统中的应用范围会继续扩大。
综上所述,高性能直流传动系统在向方波无刷直流电动机为主的方向发展,而方波无刷直流电动机在向电流正弦化的方向发展;同时,高性能交流传动系统在向交流永磁同步电动机系统为主的方向发展,而永磁同步电动机系统也在向无位置检测或位置检测简易化的方向发展。
由于二者的电动机本体均为永磁同步电动机,且系统结构大致相同,因此交、直流之分越来越模糊,二者的发展方向相同,概念趋向一致。
在电动机理论和其他相关技术发展的推动下,“无刷直流电动机”的概念已由最初特指具有电子换向的直流电动机发展到泛指一切具备有刷直流电动机外部特征的由驱动器驱动的永磁同步电动机。
无刷直流电动机或永磁同步电动机的发展亦促使电动机理论与电力电子技术、微电子技术、计算机技术、现代控制理论及高性能材料的紧密结合。
如今,无刷直流电动机或永磁同步电动机系统集特种电动机、变流机构、检测元件、控制软件和硬件于一体,形成新一代的一体化电动机系统,体现着当今应用科学的最新成果,是机电一体化的高技术产物。
1.2 脉宽调制技术的发展随着全控型功率电子器件的发展,脉冲调宽(PWM)技术与开关功率电路成为主流技术,在功率应用中基本取代了线性功率放大电路,以减小功率器件导通损耗,提高驱动效率。
在PWM技术中,功率器件工作在开关饱和导通状态,通过改变功率器件的驱动脉冲信号的开通与关断的时间,来改变加在负载两端的平均电压的大小。
当负载为直流电动机时,也就实现了电动机的调压调速控制,这也就是PWM控制的基本原理。
改变脉冲信号的开通、关断时间有两种基本方式。
一种方式是将脉冲信号的开关频率及周期Ts固定,通过改变导通脉冲的宽度来改变负载的平均电压,这就是脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)。
另一种方式是将脉冲信号的导通宽度固定,通过改变开关频率及周期T来改变负载的平均电压,这就是脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)。
由于PFM控制是通过改变脉冲频率来实现平均电压的调节的,频率变化范围较大。
在频率较低时,往往人耳所感觉到的电磁噪声较高;而在频率较高时,会导致功率器件开关损耗的增加,而且还存在功率器件关断速度的限制。
最严重的情况是,在某些特殊频率下系统有可能产生机械谐振,就会导致系统产生振荡和出现音频啸叫声。
而在PWM控制中,由于脉冲频率固定,通过频率选择不但可以克服上述问题,而且有利于消除系统中由于功率器件开关所导致的固定频率的电磁干扰。
因此在电气传动领域内PWM控制技术成为应用的主流。
在交流电气传动中,脉宽调制技术用于产生单相或三相交流电即实现逆变,控制信号变为幅值和频率均可变化的周期信号。
在各种形式的周期控制信号中,正弦波控制信号应用最为普遍,因此一般统称为正弦波脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)。
传统的SPWM 技术多采用模拟技术来实现,即脉宽调制信号的获得是通过三角波与所希望的调制函数直接比较而获得。
随着高性能的交流伺服驱动系统的全数字控制的发展,要求用数字方法来实现脉宽调制。
纵观现有的文献,数字脉宽调制方法多采用规则采样技术,通过三角载波与所希望的调制函数的比较获得数学方程式,PWM信号则是通过对规则采样技术获得的数学方程式的计算获得的。
这种数字脉宽调制方法是对模拟自然采样的三角波——正弦波(SPWM)方法的近似:虽然还存在一些SPWM优化算法,诸如谐波型SPWM技术以及准最优SPWM技术等,但算法复杂,计算时间增加,应用较少。
而近年来出现的空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,相应的数字计算方法形成的脉宽调制信号与传统的SPWM信号相比,具有更多优点。
因此空间矢量脉宽调制技术在交流电动机驱动系统中得到了广泛的应用。
第2章 PWM 控制的原理介绍2.1 概述PWM (Pulse Width Modulation )控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形(含形状和幅值)。
2.2 PWM 控制技术分类1)正弦PWM (SPWM );2)特定谐波消除PWM (SHEPWM );3)最小纹波电流PWM ;4)空间矢量PWM (SVM );5)随机PWM ;6)滞环电流控制PWM ;7)瞬时电流控制正弦PWM ;8)Delta 调制PWM ;9)Sigma-Delta 调制PWM 。
通常PWM 技术可以按电压控制或电流控制来分类,或按前馈方式或反馈方式来分类,也可以按基于载波或不基于载波来分类。
本论文主要围绕其中的SPWM ,SVPWM ,滞环电流控制PWM 三种PWM 控制方法展开介绍,并进行对比。
2.3 PWM 控制的基本原理及其理论基础在采样控制理论中有一个重要的结: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。
冲量即指窄脉冲的面积。
这里所说的效果基本相同,是指环节的输出响应波形的基本相同。
如果把各输出波形用傅里叶变换分析,则其低频段非常接近,仅在高频段略有差异。
例如图2.1所示的三个窄脉冲形状不同,其中图2.1a 为矩形脉冲,图2.1b 为三角形脉冲,图2.1c 为正弦半波脉冲,但它们的面积(即冲量)都等于1,那么,当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时,其输出相应基本相同。
当窄脉冲变为图2.1d 的单位脉冲函数)(t 时,环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。
图2.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲a ) 矩形脉冲b )三角形脉冲c )正弦半波脉冲d )单位脉冲函数图2.2a 的电路是一个具体的例子。
图中)(t e 为电压窄脉冲,其形状和面积分别如图2.1的a 、b 、c 、d 所示,为电路的输入。
该输入加载可以看成惯性环节的L R -电路上,设其电流)(t i 为电路的输出。
图2.2b 给出了不同窄脉冲时)(t i 的响应波形。
从波形可以看出,在)(t i 的上升段,脉冲形状不同时)(t i 的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄,各)(t i 波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲,则响应)(t i 也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出,各)(t i 在低频段的特性将非常接近,仅在高频段有所不同。
上述原理可以称之为面积等效原理,它是PWM 控制技术的重要理论基础。
图1.2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形a )电路b )响应波形下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。
把图2.3a 的正弦半波分成p 等分,就可以吧正弦半波看成是由p 个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等,都等于p ,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就得到图2.3b 所示的脉冲序列。
这就是PWM 波形。
可以看出,各脉冲的幅值相等,而宽度是按正弦规律变化的。