(一)单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路

对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。

更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。

这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。

面积等效原理转换把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。

7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。

图1 用面积等效原理转换为SPWM波形如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。

根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。

这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。

要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

SPWM波形的生成输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。

s图2 全桥逆变电路的工作状态输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。

图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。

目录1.引言 .......................................................................................... - 2 -2.PWM控制的基本原理........................................................... - 2 -3.PWM逆变电路及其控制方法............................................... - 3 -4.电路仿真及分析 ...................................................................... - 4 -4.1双极性SPWM波形的产生 . (4)4.2三相SPWM波形的产生 (6)4.3双极性SPWM控制方式单相桥式逆变电路仿真及分析-7-5.双极性SPWM控制方式的单相桥式逆变电路和三相逆变电路比较分析 .................................................................................. - 12 -6.结论 ........................................................................................ - 13 -7.参考文献 ................................................................................ - 13 -1. 引言PWM 技术的的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。

它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。

PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。

单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。

U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。

F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。

单相正弦脉宽调制逆变器的设计朱代祥，张代润，彭协华(四川大学电气信息学院，四川成都 610065）摘要：论述了单相正弦波逆变器的工作原理，介绍了SG3524的功能及产生SPWM波的方法，对逆变器的控制及保护电路作了详细的介绍，给出了输出电压波形的实验结果。

关键词：逆变器；正弦波脉宽调制；场效应管0 引言当铁路、冶金等行业的一些大功率非线性用电设备运行时，将给电网注入大量的谐波，导致电网电压波形畸变。

根据我们的实验观察，在发生严重畸变时，电压会出现正负半波不对称，频率也会发生变化。

这样的供电电压波形，即使是一般的电力用户，也难以接受，更无法用其作为检修、测试的电源。

同时，在这种情况下，一般的稳压电源也难以达到满意的稳压效果。

为此，我们设计了该逆变电源。

其控制电路采用了2片集成脉宽调制电路芯片SG3524，一片用来产生PWM波，另一片与正弦函数发生芯片ICL8038做适当的连接来产生SPWM波。

集成芯片比分立元器件控制电路具有更简单、更可靠的特点和易于调试的优点。

1 系统结构及框图图1示出了系统主电路和控制电路框图。

交流输入电压经过共模抑制环节后，再经工频变压器降压，然后整流得到一个直流电压，此电压经过Boost电路进行升压，在直流环上得到一个符合要求的直流电压350V（50Hz/220V交流输出时）。

DC/AC变换采用全桥变换电路。

为保证系统可靠运行,防止主电路对控制电路的干扰，采用主、控电路完全隔离的方法，即驱动信号用光耦隔离，反馈信号用变压器隔离，辅助电源用变压器隔离。

过流保护电路采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在MOS管允许的过流时间内将其关断。

图1 系统主电路和控制电路框图2 控制及保护电路为了降低成本，使用两块集成PWM脉冲产生芯片SG3524和一块函数芯片ICL8038，使得控制电路简洁，易于调试。

2.1 SG3524的功能及引脚图2所示为SG3524的结构框图和引脚图。

课程名称：电力电子技术指导老师：马皓成绩：__________________ 实验名称：单相正弦波（SPWM）逆变电路实验类型：____________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的与要求熟悉单相桥式SPWM逆变电路的工作原理，对工作情况及其波形作全面的分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率的关系。

二、实验内容1. 测量SPWM波形产生过程中各点波形；2. 测量逻辑延时电路的延时时间；3. 观察不同负载时变频电路的输出波形。

三、实验仪器与设备1. MPE-I电力电子探究性实验平台2. NMCL-10B单相SPWM逆变实验箱3. NMCL-03D可调电阻4. NMCL-31B交直流仪表5. 万用表6. 示波器四、实验方法及操作步骤1.SPWM波形的观察(1) 观察“SPWM波形发生电路”输出的正弦波波形，改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围，改变正弦波幅值调节电位器，测试其幅值变化范围。

(2) 观察“SPWM波形发生电路”输出的三角形载波波形，改变三角波频率调节电位器，测试其频率可调范围，并观察三角波与正弦波波形的对应关系。

(3) 观察“SPWM波形发生电路”经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形。

2. 逻辑延迟时间的测试将“SPWM波形发生电路”的输出SPWM波与“DLD逻辑延时”的输入端相连（以下实验均需保持连接），用双踪示波器同时观察“DLD逻辑延迟”的“1”和“2”与“SPWM波形发生电路”接地端之间电压波形，并记录延迟时间T d。

3. 同一桥臂上下开关管驱动信号死区时间测试分别将IGBT驱动芯片IR2110输出E1和E2，E3与E4相连，用双踪是比起分别测量G1、E1和G2、E2，G3、E3和G4、E4两端的波形，并测量死区时间。

实验五十一DC/AC SPWM单相全桥逆变电路设计及研究（信号与系统—自动控制理论—检测技术－电力电子学综合实验）一、实验原理SPWM单相全桥逆变电路的主要工作原理是依靠四个开关管的通、断状态配合，利用冲量等效原理，采用正弦脉宽调制（SPWM）策略将输入的直流电压变换成正弦波电压输出。

SPWM的调制原理是通过对每个周期内输出的脉冲个数和每个脉冲宽度来调节逆变器输出电压的频率和幅值。

要使输出的电压波形接近标准的正弦波，就要尽量保证SPWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效。

除要求每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲宽度还必须很窄，这就需要在一个正弦波形内脉冲的数量很多。

脉波数量越多，不连续的按正弦规律改变宽度的多脉冲电压就越等效于正弦电压。

目前，在电力电子控制技术中，SPWM技术应用极为广泛，SPWM波形的形成一般有自然采样法、规则采样法等等。

前者主要用于模拟控制中，后者适用数字控制。

本实验采用的是DSP控制的单相全桥逆变电路，采用对称规则采样法。

对称规则采样的基本思想是使SPWM波的每个脉冲均以三角载波中心线为轴线对称，因此在每个载波周期内只需一个采样点就可确定两个开关切换点时刻。

具体算法是过三角波的对称轴与正弦波的交点，做平行于时间轴的平行线，该平行线与三角波的两个腰的交点作为SPWM波“开通”和“关断”的时刻。

由于在每个三角载波周期中只需要进行一次采样，因此使得计算公式得到简化，并且可以根据脉宽计算公式实时计算出SPWM波的脉宽时间，可以实现数字化控制。

图51-1 对称规则采样法生成SPWM波根据相似三角形定理，可以分析出图1对称规则采样法生成的SPWM波脉宽时间T n为：()21sin n n T T MN Nπ−= (51-1) 式中，M 为调制度，T 为正弦调制波周期，N 为载波比。

本实验中程序采用DSP 控制方式，载波频率固定为10KHZ ，调制波频率为50HZ 频率。

单相正弦波脉宽调制SPWM 变频调速系统实验一、实验目的(1)掌握异步电动机变频调速的原理。

(2)了解异步电动机变频调速运行的基本参数，V/f 曲线。

二、实验所需挂件及附件 序号 型 号备 注1 DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

2 DJK11 单相异步电机SPWM 变频调速 或DJK14单相交直交变频原理3 DJ21-1单相电阻启动异步电动机4 双踪示波器 自备 5万用表自备三、实验线路及原理单相异步电动机的调速除了其起动需要另加附加绕组及相关电路之外，其变频调速原理与三相异步电动机相同，下面仍然以三相异步电动机的调速原理来说明，由电机学可知，电机的转速表达式为: 其中f 1为定子供电频率；p 为电机的磁极对数；s 为转差率，由上式可知改变定子供电频率f 1可以改变电机的同步转速，从而实现了在转差率s 保持不变情况下的转速调节，为了保持电机的最大转矩不变，希望维持电机气隙磁通恒定，因而要求定子供电电压也随频率作相应调整。

即在忽略定子阻抗压降的情况下，E 1≈U 1为使气隙磁通恒定，在改变定子频率的同时必须同时改变电压U 1，即保证常数f U φ11==。

单相正弦波脉宽调制逆变电路的输出电压与频率就是根据上述要求而设计的，因此由该逆变器供电的单相电动机可以实现速度调节的要求，其原理框图如图7-3所示。

单相异步电机采用电阻分相启动式，启动绕组串接PTC 保护器，当启动完毕时在离心开关的作用下自动切除启动支路。

在微处理器的控制下，利用键盘可以改变电路输出的V/f 比值，用键控方式改变输出频率以达到调频调速的目的。

关于逆变电路的原理请参考相关书籍、其输出电压波形为脉冲宽度按正弦规律变化的调制波，其中含有基波分量和各种高次谐波，以基波分量为主，谐波分量较小，当基波频率与幅值按某种恒压/频的规律变化时，电机转速随之改变。

四、实验内容(1)V/f 曲线测定。

(2)观察低频补偿对于提高启动力矩的效果。

单相正弦波逆变电源设计原理+电路+程序目录1.系统设计 (4)1.1设计要求 (4)1.2总体设计方案 (4)1.2.1设计思路 (4)1.2.2方案论证与比较 (5)1.2.3系统组成 (8)2.主要单元硬件电路设计 (9)2.1DC-DC变换器控制电路的设计 (9)2.2DC-AC电路的设计 (10)2.3 SPWM波的实现 (10)2.4 真有效值转换电路的设计 (11)2.5 保护电路的设计 (12)2.5.1 过流保护电路的设计 (12)2.5.2 空载保护电路的设计 (13)2.5.3 浪涌短路保护电路的设计 (14)2.5.4 电流检测电路的设计 (15)2.6 死区时间控制电路的设计 (15)2.7 辅助电源一的设计 (15)2.8 辅助电源二的设计 (15)2.9 高频变压器的绕制 (17)2.10 低通滤波器的设计 (18)3.软件设计 (18)3.1 AD转换电路的设计 (18)3.2液晶显示电路的设计 (19)4.系统测试 (20)14.1测试使用的仪器 (20)4.2指标测试和测试结果 (21)4.3结果分析 (24)5.结论 (25)参考文献 (25)附录1 使用说明 (25)附录2 主要元器件清单 (25)附录3 电路原理图及印制板图 (28)附录4 程序清单 (39)21.系统设计1.1设计要求制作车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输入单路12V直流，输出220V/50Hz。

满载时输出功率大于100W，效率不小于80%，具备过流保护和负载短路保护等功能。

1.2总体设计方案1.2.1设计思路题目要求设计一个车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输出电压波形为正弦波。

设计中主电路采用电气隔离、DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，利用对逆变原件电力MOSFET的驱动脉冲控制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。

1.2.2方案论证与比较⑴ DC-DC变换器的方案论证与选择方案一：推挽式DC-DC变换器。

单相正弦波PWM逆变电路1、单相逆变原理如图(1)所示为单相逆变电路的基本原理，当开关管VT1和VT4导通而VT2和VT3关断时，输出的电压为正的方波电压；当开关管VT2和VT3导通而VT1和VT4关断时，输出的电压为负的方波电压，从而实现了直流电压到交流电压的变换，这就是逆变器的基本思路。

图（1）单相逆变电路对于单相逆变电路，其调制的方法有很多，通常有方波调制方法、斩控调制方法、阶梯波调制方法。

方波调制方法的控制比较简单，但输出的交流谐波较大，因此很少使用；阶梯波调制方法的使用需要将多组的单相逆变器进行移相叠加组合，从而获得相应的交流阶梯波形，该方法只有在大功率场合使用；斩控调制方法是指在一定的开关调制频率条件下，调制脉冲的幅值恒定，而调制脉冲的宽度可变，一般调制波形的宽度按正弦分布，则称为正弦脉冲宽度调制（SPWM）。

2、仿真图(2) 单相逆变仿真图在本实验的仿真中采用SPWM进行调制，其有三种控制方案：单极性SPWM控制、双极性SPWM控制、倍频单极性SPWM控制，我们主要对单极性SPWM控制、双极性SPWM 控制进行仿真，并通过仿真波形进行比较分析。

仿真中单相逆变仿真图如图(2)所示，仿真参数V i =100V ，电感为2mH ，纯阻性时电阻为5Ω，阻感性时电阻设为1Ω，输出的电流为I o 。

2.1单极性调制2.1.1单极性控制原理所谓单极性SPWM 控制是指逆变器的输出脉冲具有单极性特征。

为实现单极性SPWM 控制，根据单相电压型正弦波逆变器的电路桥臂控制功能的不同，可将其分为周期控制桥臂和调制桥臂。

当负载为纯阻性，输出的电压和输出的电流波形相同，只是幅值不同。

当负载为阻感负载时，在输出电压的正半周期，让VT1保持通态，VT2保持断态，VT3和VT4交替通断。

由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周，电流有正有负。

在电流为正的的区间，VT1和VT4导通，负载电压等于输入电压U i ；VT4关断时，负载电流通过V1和VT3续流负载电压为0。

S P W M逆变电路原理Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。

更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。

这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。

面积等效原理转换把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。

7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。

图1 用面积等效原理转换为SPWM波形如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。

根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。

这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。

要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

SPWM波形的生成输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。

s图2 全桥逆变电路的工作状态输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。

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。

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。