SPWM逆变电路原理
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。
SPWM原理
SPWM 原理：
以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高的多的等腰三角波作为载波，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波，当调制波与载波相交时，由他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，中间宽的一系列等福不等宽的矩形波。
SPWM 的原理为在控制电路中调制，在主电路中输出。
在控制电路中，一个频率为r f 幅值为r U 的参考正弦波sin W （调制信号）加载于频率为c f 幅值为c U 的三角波∆W （载波）后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM 波spwm W （已调制波），用已调制波的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即可得逆变器输出与已调制波spwm W 相似的SPWM 电压波形。
调制度M ；正弦调制波参考信号幅值rm U 与三角载波幅值cm U 之比。
cm
rm U U M = 载波比N ；三角载波频率c f 与正弦调制波参考信号频率r f 之比。
r
c f f N = 同步调制是N 为常数的调制方式。
采样点和开关点重合的调制方式为自然采样。
自然采样的优点为：1.基波幅值与调制度M 成正比，利于调压。
2.高次谐波随着载波比N 与调制度M 的增大而减小，有利于波形的正弦化。
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。
SPWM逆变原理及控制方法
如何利用电力电子器件的开通和关断两 种状态实现 电能四大基本状态之间的转换 就是电力电子学所要研究的核心内容
3
2.1 SPWM基本原理
理想开关：
¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 导通电阻为0，即：通态压降为0 关断电阻为∞ 不考虑开通和关断时间，即：瞬时开通和关断 导通电阻不为0，通态压降为2V左右 关断电阻也不为∞，有少量漏电流 需要一定时间才能完全开通和关断，一般在10us以下
实际电力电子器件（开关）：
理论分析一般都采用理想开关。在涉及散热系 统设计、死区时间选取、器件串并联设计、器件保 护等方面时，将必须按实际电力电子器件考虑
4
2.1 SPWM基本原理
实现电能四种基本形态的转换就是利用PWM 调制 • PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制技 术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等 效的获得所需要的波形（形状和幅值） • SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation） 正弦脉宽调制技术：通过对一系列宽窄不等的 脉冲进行调制，来等效正弦波形（幅值、相位 和频率）
V4
V1
TD
V1
V1* V4 V4*
21
2.2 SPWM逆变及其控制方法
• 特定谐波消去法（计算法）
Selected Harmonic Elimination PWM—SHEPWM 这是计算法中一种较有 代表性的方法 输出电压半周期内，器 件通、断各3次（不包括 0和π），共6个开关时 刻可控 为减少谐波并简化控 制，要尽量使波形对称
2.2 SPWM逆变及其控制方法
• 自然采样法
1
TC
为简单起见，在计算机内部一般进行标称化，假定三角波最大 值为1
单相SPWM逆变桥输出电压的谐波分析
单相SPWM逆变桥输出电压的谐波分析引言：单相SPWM逆变桥是一种常见的交流电源变换器，广泛应用于工业控制中。
在SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）逆变桥中，通过调整PWM信号的占空比，控制输出电压的大小和频率，以实现对交流电源的变换。
本文将对单相SPWM逆变桥输出电压的谐波进行分析。
一、单相SPWM逆变桥的工作原理逆变桥的工作原理如下：1.当M1和M2导通时，上管形成导通通道，电流从正极流向负极，输出电压为正向。
2.当M3和M4导通时，下管形成导通通道，电流从负极流向正极，输出电压为反向。
3.M1和M4、M2和M3也可以同时导通，此时两个导通通道是时序互补的，可以形成全桥逆变，输出电压的极性可以根据控制信号决定。
由于PWM的调制方式是基于三角波的频率调制，所以输出电压将会产生谐波。
具体的谐波分析如下：1.基波分量：基波是输出电压中频率最低的正弦波分量，其频率由所选择的PWM三角波频率决定，一般为50Hz或60Hz。
2.谐波分量：谐波分量是输出电压中频率高于基波的正弦波分量。
根据上述逆变桥的工作原理，谐波的频率为输入直流电压频率的奇次谐波。
具体的谐波分量数值与具体的控制策略有关，下面分析两种常见的输出电压控制策略。
（1）三角波PWM在三角波PWM控制下，PWM信号的占空比根据三角波的振幅决定。
当PWM信号的占空比为0.5时，输出电压为基波分量的峰值。
当PWM信号的占空比为0或1时，输出电压为0。
所以，在三角波PWM控制下，逆变桥输出电压只包含基波分量。
（2）正弦PWM在正弦PWM控制下，PWM信号的占空比与正弦波的幅值成正比，所以逆变桥输出电压中包含基波分量和谐波分量。
根据正弦PWM的控制方法不同，谐波分量的大小也会有所变化。
三、单相SPWM逆变桥输出电压的谐波抑制措施为了减小逆变桥输出电压中的谐波分量，常采用以下措施进行抑制：1.增加PWM的频率：增加PWM的频率有助于减小谐波分量的幅值，提高输出电压的质量。
multisim仿真教程正弦波脉宽调制SPWM逆变电路业界精制
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如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面 积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替， 就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样， 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形 与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可 用相同的方法来等效。
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SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波 脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的 开关元件，由控制线路按一定的规律控制开 关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得 一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉 宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正 弦电压波。
方向变化，所得到输出电压的PWM波形也只在 一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制 方式。
3. 双极性PWM控制方式
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图11.8.2的单相桥式逆变电路采用双极性PWM 控制方式的波形如图11.8.4所示。在双极性方
式中ur的半个周期内，三角波载波是在正、负
两个方向变化的，所得到的PWM波形也是在两
11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理
1. SPWM控制的基本原理 图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形，
并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成 由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲 的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且 脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变 化。
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如负载电流较大，那么直到使VT4再一次导通之 前，VD3一直持续导通。如负载电流较快地衰减 到零，在VT4再一次导通之前，负载电压也一直
为零。这样，负载上的输出电压uo就可得到零
和UD交替的两种电平。
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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与SVPWM的原理、算法以及两者的区别
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。
实验51-DC-AC SPWM单相全桥逆变电路设计及研究
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。
SPWM逆变电路原理
SPWM逆变电路原理SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）逆变电路是一种电力电子装置，用于将直流电源转换为交流电源。
它通过对一个固定频率的脉冲宽度进行调制，控制输出电压的幅值和频率。
下面将介绍SPWM逆变电路的工作原理。
在工作过程中，直流电源为整个逆变电路提供稳定的直流电压。
滤波电容用于平滑输入电压，保证逆变器的稳定工作。
桥式逆变器是SPWM逆变电路的核心部分，它主要由四个开关管、四个二极管和一个中性线组成。
四个开关管通过交替开启和关闭的方式，将直流电源的正负极性与输出端口的正负极性反向连接，从而实现电源的逆变。
四个二极管作为反向传导管，防止逆变电压的回流。
控制电路是SPWM逆变电路的重要部分，它主要由比较器、三角波发生器和逻辑控制电路组成。
比较器用于将三角波信号和参考信号进行比较，从而产生PWM信号。
三角波发生器根据设定的频率产生一个固定频率的三角波信号作为参考信号。
逻辑控制电路用于根据PWM信号控制开关管的开启和关闭。
1.三角波发生器产生一个与设定频率相等的三角波信号。
2.将三角波信号与需要逆变的正弦波信号进行比较。
如果三角波信号的幅度小于正弦波信号，就打开开关管；如果三角波信号的幅度大于正弦波信号，就关闭开关管。
3.通过调整三角波发生器的频率和幅度，可以控制开关管的开启和关闭时间，从而调整输出的脉冲宽度。
4.在开关管关闭的过程中，二极管向电感器提供通电路径，从而实现电源能量的释放。
5.将PWM信号经过滤波电路，得到一个近似正弦波的交流输出电压。
通过这种方式，SPWM逆变电路可以实现将直流电源转换为交流电源，并且具有较高的电压和频率控制精度，可以广泛应用于交流电机控制、UPS电源等领域。
总结起来，SPWM逆变电路通过调制脉冲宽度，控制开关管的开启和关闭时间，实现对输出电压的控制。
与其他逆变电路相比，它具有输出电压控制精度高、输出波形质量好等优点，因此被广泛应用于各种交流电源领域。
SPWM逆变器原理讲解
SPWM逆变器原理讲解SPWM（Sine Pulse Width Modulation）逆变器是一种常用的电力变换器，用于将直流电能转换为交流电能。
其工作原理主要基于脉宽调制技术和三相电桥逆变电路。
SPWM逆变器的基本原理是通过控制脉冲的宽度来控制逆变器输出的电压和频率，从而实现交流电能的变换。
具体来说，SPWM逆变器将输入的直流电压分别提供给三相桥臂（三相电流逆变器），并通过适当控制三个桥臂的开关器件（例如IGBT、MOSFET等）的导通与关闭状态，使其在每个占空比周期内按照一定的时间关系进行切换。
这样，在输出端可以获得一串脉冲波形，其平均电平与输入直流电压有关，而其脉宽与输入控制信号有关，从而实现了输出交流电的调节。
SPWM逆变器的输入源可以是直流电池、直流电源或太阳能等，通过控制开关器件的导通与关闭，以及控制脉冲的宽度和频率等参数，可以实现逆变器输出电压的调整。
因此，通过合理配置开关器件的状态，可以输出不同电压和频率的交流电。
SPWM逆变器的控制策略一般采用三角波比较器方法或者基于电流反馈的闭环控制方法。
其中，三角波比较器方法主要是通过将一个三角波形与一个参考信号进行比较，不断调整脉冲的宽度和频率，使逆变器的输出电压与参考信号尽量一致。
而闭环控制方法则通过将输出电流或电压与参考信号进行比较，利用反馈调整逆变器的控制信号，使输出电压或电流满足设定条件。
在具体实现SPWM逆变器时，需要注意的是开关器件的选择、电路的保护与过载处理、滤波电路的设计等。
开关器件需要具备快速开关和低损耗的特性，以实现高效率的能量转换。
而保护与过载处理则是为了保证逆变器和负载的安全运行，避免电流或电压的过大损坏电路元件。
滤波电路的设计是为了减小逆变器输出的脉冲波纹，使输出信号更趋近于纯正弦波。
总之，SPWM逆变器通过控制脉冲的宽度和频率，实现了将直流电能转换为交流电能的功能。
其基本原理是通过控制开关器件的导通与关闭状态，以及调整脉冲的宽度和频率，从而控制逆变器输出的电压和频率。
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。
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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。
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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。
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。
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。
对于输出相电压（有效值）为220V单相交流电的逆变电路输入直流电压要高于310V。
SPWM逆变器输出电压与ur/uc成正比，保持载波uc不变，改变调制波ur的大小即可控制输出交流电压的大小。
当然，调制波ur峰值要小于载波uc峰值。
图3 单极性PWM波形生成原理
过去采用模拟电路产生调制信号，精密而高速的电压比较器对ur和uc进行比较，当两电压相同时及时控制开关晶体管进行通断切换，但模拟电路结构复杂，也难以实现精确的控制。
采用微处理器直接计算出控制点称为计算法，但计算法较繁琐，计算量大，较少使用。
现在已有专用的集成电路用来产生SPWM调制信号，微处理器仅对其发出输出频率、电压等参数就可产生高精度控制信号，输出完好的正弦波，微处理器就有很多时间对整个逆变器进行检测、保护等控制。
这种方式电路简单、效果好、可靠性高，是目前广泛使用的控制方法，有关内容请另找专业书籍或资料。
下面是SPWM逆变器开关管通断切换与波形动画，动画左面是开关管通断切换动画，右面上部分是调制信号动画，右面下部分是输出电压波形动画。
SPWM逆变器波形动画
以上介绍的是单相的逆变过程，使用最多的是三相逆变器，三相逆变电路则需三套SPWM调制电路，同步进行控制。
图4是三相逆变器的主电路图，开关管T1至T6组成桥式逆变电路，通过三相SPWM调制控制，输出三相交流电，RA、RB、RC是三相负荷，按星形接法，中性线接点为N。
电阻R1与R2大小相同、电容C1与C2大小相同，它们在直流输入侧建立中性点N，该点电位为Ud/2，两个N点都是中性点，当三相负荷RA、RB、RC相同时，两个N点电位相同，两个N点可以连接。
实际应用中多数不连接N点，输入端R1、R2、 C1、C2只需一个滤波电容即可。
有关SPWM调制三相逆变电路较复杂，具体内容请另找专业书籍或资料。
图4 三相逆变电器主路
对于三相SPWM逆变器的直流电压利用率是输出的正弦波线电压（峰值）与输入的直流电压之比，理论值最大为0.866，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于0.866。
对于输出线电压（有效值）为380V三相交流电的逆变电路输入直流电压要高于620V。
从理论上讲，三角波（载波）频率越高，输出波形越接近正弦波。
实际上，开关管的通断变化虽然很快，但仍需要一定的时间，在这个时间段里，开关管要承受高电压，大电流的冲击，功耗很大，高频率切换不但加大损耗降低电源效率，还可能使管子发热烧毁。
一般逆变器的载波频率约几千赫兹，小功率的频率高些，大功率逆变器的频率低些。
SPWM波形由方波组成，含有较多谐波成分，必须采用输出滤波器使输出波形正弦化。
图5是滤波器常用的4种类型，要根据用户电路的特性选用，最常用的还是（b）图所示的LC 滤波器。
要选择合适的L值与C值，如果设计不当，反过来会降低系统的动态性能，甚至使系统不稳定。
图5 常用滤波器
逆变器的图形符号见图6。
图6 整流器逆变器的图形符号。