脉宽调制(SPWM)变频调速系统分析
基于SPWM控制的交流电动机变频调速技术
角波 ｕ＝ 与正弦波 ｕ正 ， 角 弦 并送人 电压 比较器 ， 出即为 输
Ｓ ＷＭ 调 制波 。 Ｐ
采 用 模 拟 电路 的优 点 是 完 成 三 角 波 与 正 弦 波 的 比 电路 所 用 的硬 件 较 多 ， 改变 参 数 和调 试 比较 困难 。 除 了
流电压， 再送 人 由大功 率 晶体 管 构成 的逆 变器 主 电路 ， 输 较 并 确 定 脉 冲宽 度 的 时 间很 短 ， 乎 瞬 间完 成 。缺 点 是 几
（Ｐ ｓ ｗＭ波 ）去驱动交流伺服电动机运转。 ，
（ ） 弦波 与等 效 的 Ｓ ＷＭ波 １正 Ｐ
Ｓ Ｗ Ｍ 波 由 Ｐ
采 用这种方法外还可 以通过专用 的集成 电路芯 片或者 已知正弦波的幅值 、频 率和相位 ，由计 算机计算产 生
Ｓ ＷＭ 波 。 Ｐ
３ Ｐ Ｍ 变 频调 速 系统 Ｓ Ｗ
维普资讯
维普资讯
圜 数 技 控术
下面 将介 绍 正弦 波脉 宽调 制 变频 器 。
２ 正 弦波脉 宽 调制 （ Ｐ Ｍ ） Ｓｗ 变频 器
机 在 变 频 的 同 时 ， 相 应 改 变 电 压 ， 而 达 到 变 频 与变 也 从 压 的 同步 进 行 。 图 ２ ｂ 中 由模 拟 电 路 分 别 产 生 等 腰 三 （）
Ｓ ＷＭ变频器 ， Ｐ 即正弦波 Ｐ ＷＭ变频 器 ， 于交一 一 属 直 交 静 止变 频 装置 。 它先 将 ５ Ｈ 的工 频 电源经 整流 变 压 器变 ０ｚ 到所需 的电压 后 ， 经二 极 管整 流 和 电容 滤 波 ， 成 恒定 直 形 出三相 频 率 和 电压均 可 调 的等 效 于正 弦 波 的脉 宽调 制 波
作者 简介 ： 逢启寿 （９ ３ ， 副教授 ， １６ 一） 男， 主要从事 Ｃ Ｃ数控研 究。 Ｎ
正弦脉宽调制(SPWM)控制
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得波形近似为正弦波，使电动机得输出转矩平稳，从而获得优秀得工作性能，现代通用变压变频器中得逆变器都就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 ) 控制得，只有在全控器件尚未能及得特大容量时才采用晶闸管变频器。
应用最早而且作为pwm控制基础得就是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。
图3-1与正弦波等效得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就是可以用无限多个离散函数逼近或替代得，因而可以设想用多个不同幅值得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得波形(假设分出得波形数目n=12)，如果每一个矩形波得面积都与相应时间段内正弦波得面积相等，则这一系列矩形波得合成面积就等于正弦波得面积，也即有等效得作用。
为了提高等效得精度，矩形波得个数越多越好，显然，矩形波得数目受到开关器件允许开关频率得限制。
在通用变频器采用得交-直-交变频装置中，前级整流器就是不可控得，给逆变器供电得就是直流电源，其幅值恒定。
从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅得矩形波用一系列等幅不等宽得矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波得面积都相等，也应该能实现与正弦波等效得功能，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)，把每一等分得正弦曲线与横轴所包围得面积都用一个与此面积相等得矩形脉冲来代替，矩形脉冲得幅值不变，各脉冲得中点与正弦波每一等分得中点相重合，这样就形成spwm波形。
同样，正弦波得负半周也可用相同得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、负脉冲等效得spwm 波形称作单极式spwm。
正弦脉宽调制SPWM及其控制方法
$number {01}
目 录
• SPWM简介 • SPWM原理 • SPWM控制策略 • SPWM实现方法 • SPWM性能分析 • SPWM发展趋势与展望
01
SPWM简介
SPWM的基本概念
脉宽调制（PWM）
通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的幅度，以实现对模拟信号的数字化 处理。
06
SPWM发展趋势与展望
SPWM在新能源领域的应用
要点一
太阳能逆变器
要点二
风力发电系统
利用SPWM技术实现太阳能电池板的高效逆变，提高能源 转换效率。
通过SPWM控制技术，优化风力发电机的并网性能和输出 功率稳定性。
SPWM在智能电网中的应用
智能配电网
智能微电网
利用SPWM技术实现分布式能源与电网的 协调优化控制，提高电网的可靠性和稳定性。
规则采样法
总结词
规则采样法是一种简单有效的PWM控制方法，通过在每个采 样周期内规则地选择开关状态来实现正弦波的逼近。
详细描述
规则采样法根据正弦波的幅值和相位信息，在每个采样周期 内按照一定的规则选择开关状态（开或关），从而控制输出 电压的幅度和频率。这种方法实现简单，但精度相对较低。
优化PWM（OPWM）
05
SPWM性能分析
谐波分析
谐波含量
SPWM产生的脉冲信号中包含多种谐 波成分，这些谐波成分会对电网造成 污染，影响其他设备的正常工作。
谐波抑制
通过优化SPWM的控制参数，可以降 低谐波含量，提高输出信号的纯净度。
效率分析
转换效率
SPWM的转换效率取决于调制波的占空比和载波比，通过合理设置这些参数，可以提 高转换效率。
脉宽调制型变频原理
脉宽调制型变频器原理
异步电动机调速系统脉宽调制(PWM)型变频器也交一直一交变频器的一种，它采用二极管整流器提供恒定的直流电压，变频变压任务都由PWM型逆变器承担，原理图如图所示。
逆变器若采用快速晶闸管元件，可实现高频脉宽调制，不仅系统的动态响应较好，而且输出波形得到改善，调速系统的转矩脉动较小。
由于PWM型变器调速有许多优点，因此得到广泛研究和应用，形成很多类型。
如按调制波形分类有矩形波脉调制和正弦波脉宽调制；按调制极性分类有单极性和双极性；按比较信号频率分类有同步和非步等。
这一节仅介绍正弦波脉宽调制(SPWM)的逆变器工作原理。
交一直一交变频器调速系统由速度给定、整流器控制和逆变器控制三部分组成。
PWM型变频器调速系统也由三部分组成，除速度给定电路外，另两部分是正弦波形成电路和三角波形成电路。
下面介绍一下正弦波形成电路，它由二路信号合成，一路是由压控振荡器来的频率信号，由它产生正弦波参考电压的频率，另一路是经电压函数发生器UFG转换后，产生能与频率成比例的电压信号，由它形成正弦波参考电压的幅值。
综合二路信号后，正弦波发生器就能产生三相正弦波参考电压。
最后由其和三角波发生器信号一起形成PWM调
制脉冲，再经正反转控制和驱动电路去导通晶闸管以实现变频调速。
SPWM变压变频调速控制系统设计说明
SPWM变压变频调速控制系统设计一、课程设计目的掌握交-直-交电压源型变频器的结构组成和工作原理，掌握变频器的主电路、控制电路、驱动电路以及保护电路的设计方法，掌握变频器主要元器件的选型方法。
二、设计容、技术条件和要求设计交-直-交电压源型三相SPWM变频器，整流部分为二极管三相不控整流，并由大电容滤波，获得恒定直流电压，逆变器由6个电力晶体管GTR和6个续流二极管组成，并由8051和大规模集成电路HEF4752组成SPWM变压变频调速系统的控制电路。
基本设计参数：异步电动机额定功率11kW，额定电流22A，线电压380V，允许过载倍数=1.5，泵升电压U s=150V，逆变器输出频率围4~60Hz，额定输出频率50Hz，负载功率因数cos≥0.5，负载引起直流电压脉动百分比K≤5%，U in(max)=10V，设计任务：1.设计主电路：选择GTR开关管和滤波电容参数；2.设计控制电路：采用大规模集成电路HEF4752，并设f smax=1000Hz，计算8253分频系数；3.设计驱动电路：采用分立元件或集成电路模块均可；4.画出系统主电路图、控制电路图、驱动电路图、保护电路图（过压保护和过流保护二选一）；5.写出设计心得体会。
三、SPWM调速系统基本原理PWM的原理，就是面积等效原理，在采样控制理论中有一个重要的结论：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。
所以可用等幅值的不同宽度的脉冲来等效一些想要的波形。
PWM技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或电压脉冲周期以达到改变电压的目的，或者通过控制电压脉冲宽度和电压脉冲序列的周期以达到变压和变频的目的。
变频调速中，前者主要应用于PWM斩波（DC－DC变换），后者主要应用于PWM逆变（DC－AC变换）。
PWM 脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波（调制波）对三角载波进行调制，以达到调节输出脉冲宽度的目的。
正弦脉宽调制(SPWM)变频器
引言随着电力电子技术的飞速发展，正弦脉宽调制（SPWM）变频器也得到了大力的发展，在各个领域内得到了广泛的应用。
SPWM 变频器主要应用于中小容量，高性能的交流调速系统中，这种新型的变频器具有如下的优点：(1) 输出电压的幅值和频率均在逆变器内控制和调节，可以方便的实现压频比恒定控制或低频时幅值电压的补偿等功能，系统的动态性能较好;(2) 功率变化只在逆变器内完成，逆变器可由二极管整流供电，电网的功率因数较高；(3)由SPWM逆变器供电的异步电机的电流波形接近正弦波，谐波分量较少，矩阵脉动小，改善了电动机的运行性能。
鉴于正弦脉宽（SPWM）变频器的上述优点，以及在实际电气传动系统中，不同设备对电源的不同需求。
本文采用了新型功率器件IGBT和8031AH单片机控制系统，设计了一种新型的单相桥式SPWM变频电源。
该变频电源采用恒压频比控制，即U/F为常数，能使主频率在0 ～ 100Hz内可调，且将软件设计和硬件设计结合起来，减少了硬件电路的不必要的成本，又使软件编程不至于繁锁。
本设计由我和张建忠同学合作完成，我主要作硬件原理设计参数计算与软件编程、调试等工作，具体内容在本论文中有详述。
而有关硬件绘图、电路仿真及电路介绍等内容可参阅张建忠同学的毕业论文。
由于设计者的能力有限，在设计过程中得到了常宝林老师的悉心教导和大力协助，才将本设计顺利的完成。
在此，向指导老师并支持过我们的各位老师表示衷心的感谢。
目录第一章脉宽调制（PWM）逆变器一、脉宽调制技术（PWM）及其分类……………………..二、正弦脉宽调制技术………………………………………三、同步调制和异步调制……………………………………四、SPWM波形的软件生成………………………………第二章单相桥式正弦脉宽调制（SPWM）变频电源硬件设计……一、设计方案及总体框图…………………………………..二、电路原理与参数计算…………………………………..§1.主电路……………………………………………………§2.驱动电路…………………………………………………§3. 吸收电路…………………………………………………..§4.保护电路………………………………………………….§5. 控制及接口电路………………………………………….第三章软件设计……………………………………………….一．对称规则采样法………………………………………….二．地址分配………………………………………………….三．程序设计…………………………………………………..四．程序调试与仿真…………………………………………五．程序清单……………………………………………………结束语……………………………………………………………….参考文献……………………………………………………………外文翻译……………………………………………………………第一章脉宽调制逆变器一、脉宽调制（PWM）技术及其分类在电气传动系统中，广泛的应用的PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的的一种控制技术。
SPWM变频调速的基本原理与方法
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。
脉冲宽度调制(PWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)变频技术简介
变频技术之PWM调制技术与SPWM调制技术详解变频技术通过改变电力信号的频率来调节电动机、压缩机和其他电气设备的运行速度。
在实际应用中，变频器是变频技术的核心装置，而脉冲宽度调制（PWM）技术和正弦波脉宽调制（SPWM）技术是实现变频器控制的重要手段。
什么是PWM调制技术PWM调制技术通过控制脉冲信号的宽度，实现对输出电压的调节。
在变频技术中，PWM被广泛应用于变频器中，以控制电动机的速度和转矩输出。
通过改变脉冲信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以实现对电动机的精确控制。
当需要增大输出电压时，增加脉冲信号的宽度；当需要减小输出电压时，减小脉冲信号的宽度。
这种方式使得电动机可以在不同负载条件下保持稳定的转速和扭矩输出。
同时，PWM调制技术还具有响应快、控制精度高、效率高等优点，被广泛应用于各种电力控制系统中。
PWM调制波形如图1所示：图1PWM调制波形PWM技术具有以下优点：高效性：由于PWM技术可以通过调整脉冲宽度来控制电机的输出电压和频率，因此可以实现电机在不同负载条件下的高效运行。
通过减小电机额定电压，PWM技术可以降低电机的功耗，提高整体效率。
精确控制：PWM技术具有响应速度快、控制精度高的特点。
通过微调脉冲宽度和周期，可以实现对电机转速和扭矩的精确调节，满足不同应用的需求。
减少机械冲击：PWM技术可以实现电机的软启动和软停止，减少了机械系统的冲击和磨损，延长了设备的使用寿命。
尽管PWM技术具有许多优点，但也存在一些局限性：谐波问题：PWM技术在产生脉冲信号时会引入谐波成分，可能对电力网络和其他设备造成干扰。
为了减少谐波，需要采取滤波和抑制措施，增加了系统的复杂性和成本。
开关损耗：PWM技术使用高频开关装置，开关的频繁操作会产生开关损耗。
这些损耗会转化为热能，需要适当的散热系统来冷却电路。
EMI干扰：由于高频开关操作，PWM技术可能会产生电磁干扰（EMI），对周围的电子设备和无线通信系统造成干扰。
SPWM控制的交直交变频调速系统
目录一、电路原理图及波形图二、系统的工作原理三、观察现象并分析四、心得体会五、参考文献一、 电路原理图主电路ACD1D2D3D4CUG1UG4UG3UG6UG2UG53M 交流电机+0V+Ud单相桥式整流滤波三项逆变器三项鼠笼电机控制电路SPWM 正弦脉宽调制控制电路功放电路调制电路幅值 控制操 作 指 令电 压 矢 量发 生 器V/f 函数电路三角波发生器234678G1G4G3G6G5G2波形图用示波器测三角发生器处的波形XYU/V440--2.850μs 80μswt由此图，可看出三角波并不是规则的波形，周期是80μs ，而上下的幅值却是不一样的。
用示波器测2、3、4处的波形如下：501001502005010015020010ms20ms30ms40ms1830--------183--XYU可以看出，2,3，4处的波形是幅值电压183V ，周期20ms ，相差120度正弦波形。
用示波器测6,7,8处的波形如下：60120U/V YX40Hz20HzWt可以看出，6,7,8处得波形是幅值为120V ，周期40Hz ，等幅不等宽的脉冲波形。
二系统的工作原理1.主电路的工作原理由主电路原理图可知，交直交变频调速系统一般分为整流电路，滤波电路,控制电路，逆变电路。
整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。
整流电路一般都是单独的一块整流模块。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分，变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
整流电路图.滤波电路滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。
SPWM控制的变频调速
《交流调速》课程设计-—SPWM变频调速系统姓名学号：1204010323专业：电气工程班级：电气五班SPWM变频调速系统摘要：变频调速是交流调速中的发展方向。
异步电动机的调速原理是研究控制算法的基石，因文首先介绍了异步电动机的调速特性，从而展开介绍SPWM变频调速的理论基础.包括变频调速控制思想的由来，控制方法的可行性。
变频调速的控制算法也有许多，目前大部分通用变频器所采用的控制算法——恒压频比控制，给出了完整的硬件电路设计和软件程序流程设计。
本文采用了HEF4752波形控制电路产生SPWM信号具有电路简单、控制性能优良及高可靠性等特点。
关键词:变频器;恒压频比控制;正弦波脉宽调制:HEF4752控制电路。
目录一概述------------------------------------------------------------- 41.1 SPWM变频调速系统概述---------------------------------------- 41.2变频调速的优点----------------------------------------------- 41.3 SPWM变频调速的优点------------------------------------------ 4二 SPWM变频调速系统基本原理---------------------------------------- 52.1交流电动机变频调速原理--------------------------------------- 52.2 SPWM变频调速系统基本原理------------------------------------ 52.2.1单极性SPWM法------------------------------------------ 62.2.2双极性SPWM法------------------------------------------ 72.3 系统设计总方案的确定---------------------------------------- 9 三主电路设计------------------------------------------------------ 103.1主电路功能说明---------------------------------------------- 103.2 主电路设计------------------------------------------------- 103.3 主电路电路图----------------------------------------------- 11 四控制电路设计---------------------------------------------------- 124.1 控制电路设计总思路----------------------------------------- 124.2 SPWM波形产生电路------------------------------------------- 124.2.1 HEF4752芯片介绍-------------------------------------- 124.2.2 SPWM波形产生电路设计--------------------------------- 134.3 电压电流检测电路------------------------------------------- 144.4调节器设计-------------------------------------------------- 144.5 速度检测电路----------------------------------------------- 144.6保护电路设计------------------------------------------------ 154.6.1 过电流保护-------------------------------------------- 154.6.2 IGBT开关过程中的过电压保护--------------------------- 154.6.3 启动限流保护------------------------------------------ 16五 SPWM变频调速系统总设计图--------------------------------------- 16一概述1.1 SPWM变频调速系统概述PWM控制技术有许多种，并且还在不断发展中。
svpwm变频调速原理 详解svpwm与SPWM区别
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。
基于MATLAB的脉宽调制(PWM,SPWM,SVPWM)
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。
课程设计——SPWM变频调速系统
SPWM变频调速系统摘要：变频调速是交流调速中的发展方向。
变频调速也有多种方法，本文对目前研究领域相当活跃的正弦波脉宽调制技术(SPWM)的变频调速作了一定的研究，并进行了实践。
异步电动机的调速原理是研究控制算法的基石，因文首先介绍了异步电动机的调速特性，从而展开介绍SPWM变频调速的理论基础.包括变频调速控制思想的由来，控制方法的可行性。
变频调速的控制算法也有许多，本文对目前大部分通用变频器所采用的控制算法——恒压频比控制，给出了完整的硬件电路设计和软件程序流程设计。
本文采用了Intel8OC196MC十六位单片机作为控制电路的CPU，采用该单片机的控制系统是本设计的硬件核心部分。
因此本文先简单的介绍此单片机与该设计相关的特性，继而介绍本系统的硬件设计和软件设计。
关键词:变频器;恒压频比控制;正弦波脉宽调制:8OC196MC单片机。
一绪论 (3)1.1研究的现状 (3)1.1.1引言 (3)1.1.2变频调速发展的条件 (3)1.1.3变频器的发展方向................. 错误！未定义书签。
1.2论文研究的目的和意义 (3)1.3本文主要内容和结构安排................ 错误！未定义书签。
二恒压频比控制的SPWM变频系统的分析.. (4)2.1变频调速基本原理 (4)2.2变频调速控制方式分析 (4)2.3 SPWM逆变技术 (5)2.3.1静止式SPWM间接变压变频装置 (5)2.3.2 SPWM调制变频技术 (5)2.3.4双极性SPWM法 (7)2.4.SPWM控制信号的产生方法 (9)三变频调速系统的硬件实现113.1变频调系统的整体硬件电路设计 (11)3.2主电路的设计 (11)3.2.1主电路硬件结构 (12)3.2.2三相电压型逆变电路 (12)3.3控制路的设计 (14)3.3.1控制器的选择 (14)3.3.2存储器扩展电路................... 错误！未定义书签。
正弦脉宽调制(SPWM)控制
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。
spwm调速系统及其仿真
SPWM在交流调速系统中的应用姓名：班级：学号：目录序言 ............................................................... 2 1.正弦脉宽调制SPWM 型逆变器基础理论 .. (2)1.1正弦脉宽调制（SPWM ）......................................... 3 1.2 SPWM 波的调制条件............................................ 5 2.三相SPWM 逆变电路带星型负载的仿真 .. (5)2.1建立三相SPWM 仿真模型：...................................... 6 2.2仿真结果分析................................................. 7 3．三相异步电机调速系统SPWM 电压型逆变器的仿真 .. (10)3.1 建立模型基础概念 ........................................... 10 3.2 SPWM 电压型逆变器矢量仿真模型的建立........................ 11 3.3 仿真结果及其分析 . (13)序言交流电机传动的电力机车是由电压型、电流型交直交变流器供电的异步电机组成的系统，包括整流器，直流中间环节，和逆变部分。
而逆变器是控制 6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变电件的通断，可以得到不路。
按照一定规律控制同频率的三相交流输出各半导体开关器件的通断，可以得到不同频率的三相交流输出。
本文针对逆变环节，在理论分析的基础上，对针对带一般星型电感性负载，和在三相异步电机的情况下分别进行了MATLAB 仿真，并对负载突然变动时的情况进行了讨论（添加一个阶跃转矩），在对三相异步电机进行仿真时，采用了转差频率控制的矢量控制模型，即使在负载变动的情况下，系统仍能在很短的时间内达到稳定，可见其具有很好的调速性能。
6.3变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术.
6.3 变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术本节提要正弦波脉宽调制(SPWM)技术电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术控制技术（或称磁链跟踪控制技术）电压空间矢量PWM(SVPWM)PWM技术就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效控制和消除谐波的一门技术。
我们把PWM技术分为三类1、正弦PWM技术（电压、电流、磁通为正弦目的各种PWM方案）2、优化PWM技术3、随机PWM技术一、正弦波脉宽调制(SPWM)技术1. PWM调制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。
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。
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。
2. SPWM控制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，所得到的SPWM 波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。
如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。
规则采样法原理三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc自然采样法中，脉冲中点不和三角波一周期的中点（即负峰点）重合规则采样法使两者重合，每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称，使计算大为简化在三角波的负峰时刻tD对正弦信号波采样得D点，过 D作水平直线和三角波分别交于A、B 点，在A点时刻 tA和B点时刻 tB控制开关器件的通断脉冲宽度 d 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近根据上述采样原理和计算公式，可以用计算机实时控制产生SPWM波形。
变频调速系统三种CPWM调制策略的比较
变频调速系统三种CPWM调制策略的比较>李红梅，李忠杰，X 学（XX工业大学电气工程系，XX XX 230009）摘要：建立了考虑主磁路饱和时异步电动机在三种连续PWM（CPWM）调制策略（SPWM、SVPWM、THIPWM）运行下的变频调速系统非线性数学模型，对系统在不同CPW M调制策略下的稳态性能进行比较。
较之SPWM调制策略，SVPWM、THIPW M调制策略不仅提高了馈电给逆变器的直流电压利用率，而且减小了转矩脉动。
关键词：逆变器－异步电动机；CPWM调制策略；数学模型；逆变器直流电压；转矩脉动1引言随着微电子技术、计算机控制技术以及电力电子技术的发展，连续脉宽调制策略SPWM已广泛应用于交流变频调速系统中，但是SPWM法不能充分利用馈电给逆变器的直流电压；SPWM逆变器是基于调节脉冲宽度和间隔来实现接近于正弦波的输出电流，但是这种调节仍产生某些高次谐波分量，引起电机发热、转矩脉动甚至造成系统振荡。
为提高馈电给逆变器的直流电压利用率、减少转矩脉动，一些学者又先后提出了连续脉宽调制策略SVPWM和THIPWM［1，2］，本文建立了考虑主磁路饱和时异步电动机在三种CPWM调制策略（SPWM、SVPWM、THIPWM）运行下的变频调速系统非线性数学模型，对系统在不同CPWM调制策略下的稳态性能进行比较。
2CPWM逆变器模型系统使用的电压型逆变器原理图如图1所示，设PWM逆变器a相开关函数为S1（ωt）（图1中的Sω1和Sω4所在支路），b相开关函数为S3（ωt）（Sω3和Sω6所在支路），c相开关函数为S5（ωt）（Sω5和Sω2所在支路）。
SPWM调制相电压是一组三相对称正弦电压。
电压空间矢量源于交流调速中磁通为圆的思想，它具有直流电压利用率高、数字化实现方便、物理概念清晰等特点，一经提出即受到关注，SVPWM目前已经得到应用，其具体实现可按相电压合成，SVPWM调制波相电压及其构成波形如图2所示。
电气化自动技术 实验三十四 spwm变频原理实验
第六章 变频原理实验本章节主要完成的实验为三相SPWM 、SVPWM 、及马鞍波变频原理实验及在各种变频模式下V/F 曲线的测定等。
异步电机转速基本公式为：ｎ＝)1(60s pf其中n 为电机转速，f 为电源频率，p 为电机极对数，s 为电机的转差率。
当转差率固定在最佳值时，改变f 即可改变转速n 。
为使电机在不同转速下运行在额定磁通，改变频率的同时必须成比例地改变输出电压的基波幅值。
这就是所谓的VVVF （变压变频）控制。
工频50Hz 的交流电源经整流后可以得到一个直流电压源。
对直流电压进行PWM 逆变控制，使变频器输出PWM 波形中的基波为预先设定的电压/频率比曲线所规定的电压频率数值。
因此，这个PWM 的调制方法是其中的关键技术。
目前常用的变频器调制方法有SPWM ，马鞍波PWM ，和空间电压矢量PWM 等方式。
一、SPWM 变频调速方式：正弦波脉宽调制法（SPWM ）是最常用的一种调制方法，SPWM 信号是通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生，当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。
当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。
在变频器中，输出电压的调整和输出频率的改变是同步协调完成的，这称为VVVF （变压变频）控制。
SPWM 调制方式的特点是半个周期内脉冲中心线等距、脉冲等幅，调节脉冲的宽度，使各脉冲面积之和与正弦波下的面积成正比例，因此，其调制波形接近于正弦波。
在实际运用中对于三相逆变器，是由一个三相正弦波发生器产生三相参考信号，与一个公用的三角载波信号相比较，而产生三相调制波。
如图6-1所示。
二、马鞍波PWM变频调速方式前面已经说过，SPWM信号是由正弦波与三角载波信号相比较而产生的，正弦波幅值与三角波幅值之比为m，称为调制比。
正弦波脉宽调制的主要优点是：逆变器输出线电压与调制比m成线性关系，有利于精确控制，谐波含量小。
但是在一般情况下，要求调制比m<1。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｓ ＷＭ 系统 由 主 网路 和控 制 回路 两 部 输 入 端 ：Ｃ ， Ｃ ，Ｃ Ｐ Ｆ ＴＶ ＴＲ Ｔ和 Ｏ Ｔ Ｈ Ｆ ７２芯 列 和相 应 正 弦部 分 面 积 ｆ 量 ） 等 ， 町得 Ｃ 。 Ｅ ４５ 冲 相 就
分 组 成 。 变频 的 主 电路 用 交 — — 直— — 交 片输 六 路 正 弦 脉 宽 调 制 脉 冲信 号 ，脉 冲 到 如 图 １ 下 半 部 分 ） 示 的 脉 冲序 列 。 这 （ 所
ＭＯＶ Ｔ ｉ Ｌ， Ａ
为 １ ． 此 ， １为 １ ３因 Ｌ ３个 机 器 周 期 。Ｃ Ｕ虽 Ｐ 在 执 行 第 一 条 指 令 Ｃ Ｒ Ｔ ｉ 停 止 定 时 器 Ｉ Ｒ 后 计 数 ， 在 Ｔ ｉＴ ｉ 分 别 保 存 了 但 Ｌ 、Ｈ 中 的低
ＭＯ ０ Ｏ Ｈ Ｒ Ｖ Ｒ ， Ｏ ；０清 零 ＃
Ｓ Ｂ ＃ Ｉ Ｈ（ ０ ＋ ３；２ ６的高 ８ Ｕ Ｂ Ａ． Ｇ １ ０ １） １ Ｈ ０ 位 减 去 （ ＋１的 高 ８位 送 Ａ Ｌ Ｌ） ０ Ｌ＋２的高 ８ 送 Ｔ ｉ １Ｌ １ 位 Ｈ
Ｓ ＷＭ装置具有较全面 的电气保 护性 的 。 于 正 弦 波 的负 半 周 ， 可 以用 同样 的 Ｐ 对 也
电路 。 流器 采 用 二 极 管 整 流 ， 高 了 交 流 能 ， 有 故 障 检 测 电路 ， 整 提 设 能对 过 流 、 压 、 过 短 方法 得到 Ｐ ＷＭ 波形 。像 这种 脉冲 的宽度
电 网 的功 率 冈 数 ， 善 了 电 网 波形 畸变 。 改 逆 路 等 故 障 进 行 检测 并 显 示 处 理 ， 于 使 用 、 便 变 器 采用 晶体 管 桥 式 电 路 由 脉 宽 调 制 波 来 维 修 。 控 制 晶体 管 的 导 通 与关 断 ，供 给 电 机 可 变 １ Ｓ Ｗ Ｍ 变 频 调 速 基 本原 理 ． ２ Ｐ 频 率 和可 变 电压 的 交 流 电 ．使 电 动 机 电 流
送 Ｒ０
式 ， 作 模 式 为 １ 则 补 偿 中 断 响 应 时 间 误 工 ，
差 时 的定 时器 新 初 值 Ｘ． 为 Ｘｌ Ｌ ｆ ２ ２ ＝ ２ ３ √１＝ × （） ９
ＭＯ ０＃ Ｇ （１） ２ ６的 高 ８位 位 数 据 和 高位 数 据 。 ＶＲ ， ＨＩＨ ２ ６； １
维普资讯
应 用 技 术
（Ｐ Ｓ ＷＭ） 变频 调 速 系统分 析
程 云 霄
（ 中铁 七局 集 团武汉 工程有 限公 司 湖北 武 汉
摘 要 论述 了脉 宽调 制 技 术 ， 变频 调 速 的 应 用提 出 了见 解 。 对
脉 宽调 制 变频 调 速 系统 分析
的 转 矩和 速 度 特性 。
根 据 采 样 控 制 理论 中 冲 量 相 等 而 形 状 其效果基本相同。 中。 其 冲量 即指 窄 脉 冲 的
接 近正 弦 波 ， 低 频 时 。 动 机仍 具 有 平 滑 不 同 的 窄 脉 冲加 在 具 有 惯 性 的 环 节 上 时 ． 在 电
电压 型 晶体 管 桥 式 逆 变 电 路 。变 频 器 的 输 信 号 经 放 大 后 分 别 控 制 逆 变 器 的 六 个 晶 体 就 是 Ｐ Ｍ 波 形 ， 以 看 ， 脉 冲 的宽 度 Ｗ 可 各 入 电 压 直 接取 自电 网 ．线 电 压 为 ３０ 经 管 的开 关 动 作 ．使 电 动 机 得 到 变 频 的 交 流 是 按 正 弦规 律 变 化 的 。根 据 冲 量相 等效 果 ８ Ｖ， 三相 桥 式 二 极 管整 流 ， 电容 滤 波 后 。 到 电 。 由 得 恒定 的直 流 电 压 ，该 电 压输 入 晶 体 管 逆 变 相 同 的原 理 ，ＷＭ 波形 和 正 弦 半 波 是 等 效 Ｐ
３ 结束语
由 于本 文介 绍 的 误 差 补 偿 方 法 能 对 定
时 器 溢 出 中 断 与 Ｃ Ｕ 响 应 中 断 的非 固 定 Ｐ
ＭＯＶ Ａ， Ｒ０
（＋１ Ｌ ２ 一１Ｏ ； Ｌ ｃ ｔ一２ （ ０ Ｌ一ｌ ｏ ） ； ０
误差 补 偿 程 序 为 ：
ＣＲＥ ； Ｃ Ｉ Ｌ Ａ 关 Ｒ 中断
４ ０７ ） ３ ０ １
关键词
中图 分 类 号
文献标识码
Ａ
１ Ｓ Ｗ Ｍ 系统 Ｐ
１ ． 系 统概 述 １
稳 定 的电 压 。 节 给 定 电 位器 ． 到 所 需要 顶 部 不 是 水 平 直线 ， 调 得 而是 曲线 ， 脉 冲 的 幅 各
的 电压 值 。 该 电压 输 入 至模 拟 电路 。 输 值 按 正 弦规 律 变 化 。 如 果 把 上述 脉 冲 序 列 将 其 出信 号 给 Ｐ ＷＭ 集 成 电路 Ｈ Ｆ ７２的 时 钟 用 同样 数 最 的 等 幅 而 不 等 宽 的矩 形 脉 冲 序 Ｅ ４５
电 源 等 。控 制 电 源 供 给 各部 分 电 路 集 成 片 宽度相等 。 都等 于 ， Ｎ但幅值 不等 ， ｔ ， ｒ ／ 且脉冲
图１ Ｐ ＷＭ 控 制 基 本 原 理 示 意 图
Hale Waihona Puke 要求 补 偿 定 时 器每 ｌ ｓ 生 一 次 溢 出 Ｌ＋２的低 ８位 送 Ｔ ｉ ｍ 产 １Ｌ １ Ｌ 中断 时 的 中断 响 应 延 迟 的 误 差 。 若 振 荡 器 振 荡 频 率 ｆ． ２ 定 时 器 工 作 在 计 数 方 ￣ １ＭＨ ， ＝
控 制 回路部 分 包括 给定 电位 器 、模 拟 面积 。将 如 冈 １ 上 半 部 分 ） 示 正 弦 半 波 （ 所
控 制部 分 、 宽 调 制 集 成 电路 、 冲 放 大 电 分 成 Ｎ 等份 ， 可 把 正 弦 半 波 看 成 由 Ｎ 个 脉 脉 就 路 和 电流 检 测 、 障 检 测 及 通 断 控 制 、 制 彼 此 相 连 的脉 冲所 组 成 的 波 形 。 这 些 脉 冲 故 控