SPWM逆变原理及控制方法
SPWM逆变电路原理
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。
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
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。
单、三相双极性SPWM逆变电路
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。
(完整word版)SPWM逆变器原理讲解
SPWM 逆变器原理所谓的SPWM 波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形如图1 所示，等效的原则是每一区间的面积相等1 概述逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。
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宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点：（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。
（2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。
（3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。
2 SPWM 逆变器原理2.1 SPWM 波形所谓的SPWM 波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形如图 1 所示，等效的原则是每一区间的面积相等。
如图把一个正弦波分作几等分（如图1a 中，n=12）然后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（如图1b），这样由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效，称作SPWM 波形。
SPWM原理+单极性SPWM
SPWM1 SPWM 基本原理SPW[1M9]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V d 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v t V1m sin wt 的半个周期均分成n 个相等的时间段，每个时间段长T s T /2n ，对应角度为s wT s 。
假定第k 个时段的终点时刻为kT s ，起点时刻为k 1 T s ，则第k 个时段中心处相位角为1k wt k w KT s T sk k s2 s(3.1)要使图 3.6b 中第k 个时段幅值为V d 的窄脉冲的面积与对应时段内正弦波面积相等，脉冲宽度T k 必须满足式KT s KT sV d T k (K 1)T v ab(wt)dt (K 1)T v1m sin(wt)dtV 1mcosw( K 1)T s coswKT s wV 1m2sin 1 wT s sin w KT s 1T s (3.2)w2 s s 2 s将 3.1 式代入 3.2 式得因此，第 k 个脉冲的宽度在 T s 时段内的占空比为定义调制比为如果n 、V d 、V 1m 、 w 的值确定，则 M 为一常数，从而 D k 是按正弦规律变化的， 即脉冲宽度是按正弦规律变化的。
三相电压型SPWM逆变器设计
三相电压型SPWM逆变器设计一、设计原理：三相电压型SPWM逆变器由一个直流输入端和一个交流输出端组成。
其主要原理是将直流电压转换为较高频率的脉冲宽度调制信号，然后通过逆变桥电路将直流电压转换为交流电压。
在逆变桥电路中，通过控制三相负载端的三个开关管的开关状态，可以实现对输出电压幅值、频率和相位的控制。
二、设计步骤：1.选择逆变桥电路拓扑：逆变桥电路有多种不同的拓扑结构，如全桥、半桥等，需要根据具体需求来选择合适的拓扑结构，一般来说，全桥结构应用较为广泛。
2.数据采样和计算：通过采样电路获取输入电流和输出电压的实时数据，并进行运算和控制。
一般需要采用高速的模数转换器（ADC）进行数据采集，并使用微控制器或数字信号处理器（DSP）进行计算和控制。
3.正弦脉宽调制（PWM）：通过正弦脉宽调制技术，将直流电压转换为脉冲宽度调制信号。
正弦脉宽调制技术是一种通过比较三角波和参考正弦波来确定开关管的开关状态的方法，其核心思想是让输出电压的波形尽可能接近正弦波形。
4.控制逆变桥电路开关状态：通过控制逆变桥电路中的三个开关管的开关状态，可以实现对输出电压的控制。
一般来说，可以采用脉冲宽度调制技术控制开关管的开关时间，从而改变输出电压的幅值和频率。
5.输出滤波：由于逆变器输出为脉冲宽度调制信号，需要进行滤波处理，以减小输出电压的谐波含量，并使其接近纯正弦波形。
常用的滤波器包括LC滤波器和LCL滤波器。
6.过流、过压保护：为了保护逆变器和负载，需要设计过流和过压保护电路，并将其集成到逆变器中。
总结：通过以上的步骤，就可以设计出一款三相电压型SPWM逆变器。
设计时需要根据具体需求选择逆变桥电路拓扑、采集数据并进行计算，使用正弦脉宽调制技术控制开关管的开关状态，进行输出滤波，并设计过流、过压保护电路。
这些步骤需要结合电力电子、控制系统和信号处理等多个领域的知识和技术。
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。
SPWM原理+单极性SPWM
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工作原理
spwm工作原理
SPWM，即Sinusoidal Pulse Width Modulation，是一种调制技术，常用于交流电驱动中，通过调节脉宽来控制电压或电流的形态和大小，从而实现对交流电的精确调节。
SPWM的工作原理基于如下步骤：
1. 生成参考信号：根据所需的输出波形，例如正弦波，生成一个准确的、周期性的参考信号（称为参考波）。
2. 三角波生成：产生一个可调节幅值的三角波信号。
这个三角波的频率通常远高于参考信号的频率。
3. 比较：将参考信号与三角波信号进行比较，得到一个PWM 信号。
当参考信号的幅值小于三角波信号的幅值时，PWM信号为高电平；反之，为低电平。
4. 滤波：将PWM信号通过滤波电路，去除高频成分，得到一个 Sinusoidal Pulse Width Modulation 的输出信号。
5. 放大和控制：将输出信号放大到所需的电压或电流级别，并通过反馈控制回路对PWM信号进行调节，以确保输出波形与参考波形一致。
通过不断调整参考信号的幅值和相位，SPWM技术能够实现对交流电的输出波形、频率和幅值的精确调节。
这种调制技术在交流电驱动领域具有广泛应用，如变频驱动、逆变器、交流电机控制等。
SPWM原理以及具体实现方法
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。
SPWM工作原理及建模
SPWM工作原理及建模SPWM是一种调制技术，全称为Sinusoidal Pulse Width Modulation，即正弦脉宽调制。
它是一种用来控制逆变器输出波形的技术，适用于交流调压调速控制、电力供应的可控制直流源等领域。
SPWM的工作原理是将待控频率的正弦波与一个高频三角波进行比较，并通过调整脉冲的宽度来实现对输出波形的控制。
SPWM的工作原理基于以下几个关键步骤：1.生成三角波：使用一个可调的频率高于待控频率的三角波发生器来生成高频三角波。
这个高频三角波用来与待控频率的正弦波进行比较。
2.生成正弦波：通过一个正弦波发生器生成待控频率的正弦波。
3.比较器：将生成的正弦波与高频三角波进行比较。
比较器的输出信号形成了SPWM信号。
4.比较结果：比较器根据正弦波的幅值与三角波的幅值之间的比较关系，分析出幅度大小，进而得到高电平时间与低电平时间的比值。
5.控制输出：利用比较结果调整输出脉冲的宽度，控制逆变器的开关管的开关时间，从而实现对输出波形的控制。
通过以上步骤，SPWM可以将高频三角波与待控频率的正弦波进行比较，并通过调整脉冲的宽度来控制输出波形。
比较结果会根据正弦波的幅值与三角波的幅值之间的比较关系，将高频三角波的低电平和高电平时间比例反映到输出波形上，从而实现对输出波形的调节控制。
SPWM的建模可以用数学公式来描述。
设待控频率的正弦波为x(t)，高频三角波为y(t)，输出波形为z(t)。
则SPWM的控制方法可以表示为：z(t)=f(x(t),y(t))其中，f是一个函数，它描述了如何根据输入的正弦波信号和高频三角波信号来得到输出波形信号。
具体参数与函数形式由SPWM的具体实现决定。
一般而言，这个函数会通过比较正弦波信号和三角波信号的幅值来决定输出波形的脉冲宽度，从而控制输出波形的形状。
总结起来，SPWM是一种通过比较三角波和正弦波来控制输出波形的技术。
它的工作原理是通过调整脉冲的宽度来实现对输出波形的控制。
SPWM逆变原理及控制方法
确定a1的值，再令两个 不同的an=0 (n= 1, 3, 5 …)，就可建三个方 程，求得a1、a2和a3
O a 1
-U d
a2 a3
p
2p
wt
24
2.2 SPWM逆变及其控制方法
消去两种特定频率的谐波
在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波相 互抵消。 可考虑消去5次和7次谐波，得如下联立方程：
给定 a1 ，解方程可得 a1 、 a2 和 a3 。a1变，a1、a2和a3也相 应改变。
25
2.2 SPWM逆变及其控制方法
一般在输出电压半周期内，器件通、断各k次，考 虑到PWM波四分之一周期对称，k个开关时刻可控， 除用一个自由度控制基波幅值外，可消去k-1个频 率的特定谐波
k的取值越大，开关时刻的计算越复杂
u O uUN'
Ud
2 -
urU
uc urV
urW
t
Ud
2
O
t
fr很低时，fc也很低，由调制带来的 fr很高时，fc会过高，使开关器件难
uVN' O uWN' O
29t
t
2.2 SPWM逆变及其控制方法
3）分段同步调制——
异步调制和同步调制的综合应用
把整个fr范围划分成若干个频段， 每个频段内保持N恒定，不同频段 的N不同 在 fr 高的频段采用较低的 N ，使载 波频率不致过高；在fr低的频段采 用较高的N，使载波频率不致过低
与计算法及调制法相比相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多闭环控制是各种跟踪型pwm变流电路的共同特点4722spwm逆变及其控制方法滞环比较方式电压跟踪控制把指令电压u和输出电压u进行比较滤除偏差信号中的谐波滤波器的输出送入滞环比较器由比较器输出控制开关器件的通断从而实现电压跟踪控制4822spwm逆变及其控制方法滞环比较方式电压跟踪控制和电流跟踪控制电路相比只是把指令和反馈信号从电流变为电压u0时输出电压u为频率较高的矩形波相当于一个自励振荡电路u为交流信号时只要其频率远低于上述自励振荡频率从u中滤除由器件通断产生的高次谐波后所得的波形就几乎和相同从而实现电压跟踪控制4922spwm逆变及其控制方法基本原理不是把指令信号和三角波直接进行比较而是通过闭环来进行控制把指令电流iuiv和iw和实际输出电流iuiviw进行比较求出偏差通过放大器a放大后再去和三角波进行比较产生pwm波形放大器a通常具有比例积分特性或比例特性其系数直接影响电流跟踪特性特点开关频率固定等于载波频率高频滤波器设计方便为改善输出电压波形三角波载波常用三相三角波载波和滞环比较控制方式相比这种控制方式输出电流所含的谐波少三相三角波发生电路5022spwm逆变及其控制方法120cos120cossincos三相交流相电压可以由一个空间电压矢量或其两个分量代替假定一个新的电压空间矢量120sin120cos120cos120sin120cos120cos可以推导出新电压空间矢量与三相交流相电压之间的关系5122spwm逆变及其控制方法cnbncnbn矩阵表示新电压空间矢量与三相交流相电压之间的关系即为
SPWM逆变电路原理
精心整理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1PWMPWM度即可。
SPWM输出s图2全桥逆变电路的工作状态输出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。
在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。
在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。
在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。
在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。
这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。
精心整理SPWM 逆变器输出的正弦波交流电电压uof 的峰值uofm 小于输入的直流电压ud ，把uofm/ud 称为直流电压利用率，对于单相SPWM 电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。
SPWM逆变电路原理
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。
单相SPWM逆变
主电路设计
直流电源设计
选择适当的直流电压源，如电池 、整流器等，并确保其稳定性和
可靠性。
逆变桥设计
采用适当的功率开关器件（如 IGBT、MOSFET等）构建单相全 桥逆变电路，实现直流到交流的转 换。
输出滤波器设计
设计合适的滤波器，以减小输出电 压的谐波含量，提高输出波形质量 。
控制电路设计
控制芯片选择
面进行了深入研究，取得了一系列重要成果。
国内研究现状
国内在单相SPWM逆变技术方面的研究起步较晚，但近年来发展迅速。国内学者在单 相SPWM逆变技术的控制策略、调制方法、拓扑结构等方面进行了广泛研究，取得了 一定成果。然而，与国外先进水平相比，国内在单相SPWM逆变技术的理论研究和实
际应用方面仍存在一定差距。
通过比例、积分、微分三 个环节对输出电压或电流 进行闭环控制，实现输出 波形的稳定与精确。
SPWM控制算法
根据正弦调制波与载波的 比较结果，生成对应的 PWM控制信号，控制开 关管的导通与关断。
数字控制技术
采用DSP、FPGA等数字 处理器实现控制算法，提 高控制系统的精度和灵活 性。
03
单相SPWM逆变系统设计
问题与改进措施
03
针对实验过程中出现的问题进行分析，提出相应的改进措施和
优化方案，为后续的研究提供参考。
05
单相SPWM逆变系统性能 评估与优化
性能评估指标与方法
效率评估
通过测量输入和输出功率，计算转换效率。高效率意味着更低的 能量损失。
失真度评估
使用总谐波失真（THD）作为评估输出波形质量的指标，THD越 低，输出波形越接近理想正弦波。
隔离与保护
在驱动电路中加入隔离措 施，如光耦、变压器等， 确保控制系统的安全性。
SPWM控制技术
2 、最小间歇时间与调制度 为保证主电路开关器件的安全工作，必须使调制的脉冲波有个最小脉宽与最小间歇 的限制，以保证最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间ton，而最小脉冲间歇大于器 件的关断时间toff。在脉宽调制时，若n为偶数，调制信号的幅值urm与三角载波相交 的两点恰好是一个脉冲的间歇。为了保证最小间歇时间大于toff，必须使urm低于三角 载波的峰值utm。为此，定义urm与utm之比为调制度m，即
SPWM控制技术
逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸 管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来， 由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展 和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。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 控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以 达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发 展中。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)。
二、脉宽调制的制约条件 根据脉宽调制的特点，逆变器主电路的功率开关器件在其输出电压半周内要开关n 次。如果把期望的正弦波分段越多，则n越大，脉冲波序列的脉宽δi越小，上述分 析结论的准确性越高，spwm波的基波就更接近期望的正弦波。但是，功率开关器件 本身的开关能力是有限的，因此，在应用脉宽调制技术时必然要受到一定条件的制 约，这主要表现在以下两个方面。
正弦脉宽调制SPWM及其控制方法
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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。
电力电子spwm 调制解读
t'2 t'2'
t2
t3
Tc
t
图1.2.1 SPWM脉冲信号自然采 样法生成原理
若令三角载波幅值 ucm＝1，调制度为M，正弦调制波角频率
为 1 ，则正弦调制波的瞬时值为源自ur M sin 1t1
A
由右图可知，并根据相似三角形的几何关系可
得自然采样法SPWM脉宽t2的表达式为
tA
B
Msin1t
tB t
在同步调制方式中，由于载波比N保持恒定，因而当 fr 变化 时，调制波信号与载波信号应保持同步，即 fr 与 fc 成正比， 因此，同步调制具有以下特点： 由于载波频率 fc 与调制波频率 fr 成正比，因而当调制波频率 fr 变化时，载波频率 fc 也相应变化，这就使逆变器开关频率不固定。 例如，当调制波频率 fr 变高时，载波频率 fc 同步提高，从而使开 关频率变高。
演讲人：王宁
➢主要内容
一、SPWM工作原理
SPWM（Sinusoide Pulse Width Modulation）即正弦波
脉冲宽度调制，它是脉冲宽度按正弦函数变化的
PWM调试。
在采样控制理论中有一个重要的结论—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。 这里所说的效果基本相同，是指惯性系统的输 出或响应是基本相同的。
如右图所示
1.1 调制方式
在SPWM逆变器中，载波频率 f c 与调制信号 频率 f c 之比 N fc / fr ,称之为载波比。根 据载波与信号波是否同步及载波比的变化 情况，SPWM逆变器调制方式分为同步调制 与异步调制
(1) 同步调制