正弦脉宽调制变频调速系统
电机控制实验二：正弦脉宽调制(SPWM)变频调速系统
课程名称：电机控制指导老师：成绩：实验名称：正弦脉宽调制（SPWM）变频调速系统实验类型：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、实验目的和要求1.加深理解自然采样法生成SPWM波的机理和过程2.熟悉SPWM变频调速系统中直流回路、逆变桥功率器件和微机控制电路之间的连接3.了解SPWM变频器运行参数和特性二、实验内容和原理1.实验内容（1）用SPWM变频器驱动三相异步电动机实现调速运行（2）改变调制方式，观察变频器调制波形、不同负载时的电动机端部电压、线电流波形（3）改变V/f曲线，观察版聘妻在不同低频补偿条件下的低速运行情况（4）改变变频调速系统的加速时间，观察系统的加减速过程2.实验原理SPWM变频调速系统主要由不控整流桥、电容滤波、直流环节电流采样（串采样电阻）、MOSFET逆变桥、MOSFET驱动电路、8031单片微机数字控制情况、控制键盘与运行显示等环节组成。
实验系统的组成如下图所示：本实验系统的性能指标如下：（1）运行频率f1可在1~60Hz的范围内连续可调（2）调制方式①同步调制：调制比F=3~123可变，步增量为3；②异步调制：载波频率f0=0.5~8kHZ可变，步增量为0.5kHZ;③混合调制：系统自动确定各运行频率下的调制比。
控制方式和运行显示控制图如下：SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图（3）V/f曲线有4条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，曲线如下图所示：曲线1：f1=1~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线2：f1=1~5Hz, U1=21.5Vf1=6~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线3：f1=1~8Hz, U1=34.5Vf1=9~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线4：f1=1~10Hz, U1=43Vf1=11~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V（4）加速时间可在1~60s区间设定电机从静止加速到额定速度所需要的时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。
pwm调速系统工作原理
pwm调速系统工作原理
PWM调速系统是基于脉宽调制（Pulse Width Modulation）原
理进行的调速系统。
其工作原理如下：
1. 输入信号：首先，系统会接收来自控制器的输入信号，该信号代表了需要调整转速的目标值。
2. 参考信号生成：系统会将输入信号与某个参考信号进行比较，生成一个误差信号。
这个参考信号可以是一个固定频率的方波信号。
3. 比较器：误差信号会被送入一个比较器中，与一个可调的正弦波或三角波信号进行比较。
4. 脉冲调制：比较器的输出信号会传递给脉冲调制器，通过调整它的输入信号的占空比，可以得到一个与误差信号幅度成正比的脉冲宽度。
5. 脉冲产生：脉冲调制器会产生一串脉冲信号，其宽度与误差信号的幅度成比例。
脉冲信号的频率通常为固定值，而占空比会随误差信号变化。
6. 控制信号输出：脉冲信号会被传递到一个功率放大器，然后经过滤波器去除高频噪声。
最后，滤波后的信号会被转换为适合电机的控制信号，用于调整电机的转速。
通过以上工作原理，PWM调速系统可以实现精确的转速控制，
可以应用于各种需要调速的设备和系统，如电机驱动、照明控制等。
3交流电机变频调速讲座第三讲正弦脉宽调制_SPWM_控制
Power Electronics | 49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 ＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ， 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（ＳｉｎｕｓｏｉｄａｌＰｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ， 简称ＳＰＷＭ）。
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 上海大学 陈伯时值恒定。
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。
图３－３是ＳＰＷＭ变压变频器主电路的原理图，图中ＶＴ￣ＶＴ是逆变器的六个全控型功率开关器件，它们（接上期）交流电机变频调速讲座Lectures on Variable Frequency Speed Control of AC Machines第三讲 正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）控制Sinusoidal Pulse-width Modulation (SPWM) Control图３－１与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列图３－２ ＳＰＷＭ波形图３－３ ＳＰＷＭ变压变频器主电路原理图50 | Power Electronics各有一个续流二极管（ＶＤ￣ＶＤ）和它反并联接。
实验二 正弦脉宽调制(SPWM)变频调速实验
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
4、实验内容
＊ 运行频率f1=5Hz，比较研究 ① 载波频率f0=500Hz、1000Hz、2000Hz下，电机低 速运行的噪声、振动、转速平稳程度， ② 描述不同V/f曲线下的起动能力 ③ 记录f0=2000Hz时线电压/线电流波形
SPWM变频调速实验
5、实验注意
（1）操作注意 ＊ 观测电机电压、电流时注意探头公共地线接法 以U相为例
探头1
U V W
示波器探头地线
M
探头2
采样电阻
＊ 波形采集 使用示波器采集，自带拍照工具。
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
5、实验注意
（1）实验报告注意 ＊ 对实验波形，对照PWM调制理论进行分析，特别 是记录的波形 ＊ 对观察、描述的实验内容作详尽的描述、分析， 得出和符理论的结论，特别报告： ① 不同调制比对运行性能的影响 ② 低速运行平稳性与调制比关系
（2）驱动电路 脉冲变换→光电隔离→施加在MOSFET栅极
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
（3）过流保护 Idc
——主电路4-5间接采样电阻，检测其上电压 ——过流后发出“OC”信号 ● 封锁驱动电路脉冲 ● MP保护电路工作，显示“OC”，并停机 解除停机，按复位键。
1. 加深理解自然采样法形成双极性SPWM的机理； 2. 熟悉SPWM变频器功率主电路、控制电路的结构和连接 关系； 3. 了解SPWM调制三种控制方式、控制参数及输出波形。
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
基于正弦脉宽调制技术的无刷直流电动机调速系统的实现
ＷＲ Ｒ 、 Ｄ为写 、 读选通 端 。使 用时 ， 与外 配单 片机 的写 、
读选通线相连。 Ａ Ｅ可直接与外配单片机的 Ａ Ｅ相连 。 Ｌ Ｌ
２ 单片机 的软件结构
软件设计是整个逆变器控制 的核 心 ， 决定着 变频器的 它 输 出特性 。在 图 ３中给出了本系统的程序 流程 图。
引言
无刷 直流电动机 是 随着 电力 电子 器件 及新 型材 料发 展 而迅 速成熟起来 的一种新型机 电一体 化 电动机 ， 它既具有 交
流电动机 的结构简单 ， 运行 可靠 ， 维护 方便等优 点 ， 又具备 直
流电动机那样 良好 的调 速特性 而无 由于机 械式换 向器带来 的问题 ， 还具 有运 行转速 稳定 、 效率 高、 相对成 本低 等优 点 。 其应用从最初的军 事工业 ， 向航空 航天 、 医疗 、 信息 、 家电 以 及工业 自动化领域 迅速发展 。
２ （ ）与单片机的接 口信号 １
南 京 工 业 职 业技 术 学 院 学 报
第 ７卷第 ４期
一
个是转子位置传感器 的输 出信号 ， 交流 电压输 出信号经 Ａ ／
Ａ Ｏ～Ａ ７为 ８位地址数 据复用总线 端。使用时 ， Ｄ Ｄ 与外
配单片器的地址 及数 据线相连 。
Ｄ转换后 ， 与转 子位 置传 感器 的输 出信 号一 起送 到 ＭＣ －１ Ｓ５
性 能趋 于理 想 。
图 １ 硬 件 结构 原 理 框 图
紧凑 ， 避免 了分布参数的影响 。而且 在运行 出现过 载等 异常 现 象使 能起保护作用 。 １２ Ｓ ４２ ． Ａ ８ ８的引脚 功能 Ｓ ４２ Ａ ８８是英 国 Ｍ Ｔ Ｌ公司研制出的一种专 门用于 三相 ＩＥ Ｓ ＷＭ信号发生 和控 制 的集 成 电路芯 片 。它 采用 ２ Ｐ ８引脚 。 其引脚如 图 ２所示 ， 大体 可以分为 三类信号 ：
正弦脉宽调制的控制方法
正弦脉宽调制的控制方法以正弦脉宽调制的控制方法为标题，写一篇文章。
正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM）是一种常用的调制技术，用于控制电力电子器件的输出波形。
在电力电子领域中，SPWM被广泛应用于交流调速系统、逆变器、电力变换器等设备中。
本文将介绍SPWM的工作原理、控制方法及其应用。
SPWM的工作原理是通过调节脉冲宽度的方式来控制输出电压的幅值。
当输入信号为正弦波时，通过比较器将正弦波信号与一个三角波进行比较，根据比较结果来确定输出脉冲的宽度。
当正弦波信号的幅值大于三角波信号时，输出脉冲宽度增大；当正弦波信号的幅值小于三角波信号时，输出脉冲宽度减小。
通过这种方式，可以实现对输出电压的精确控制。
SPWM的控制方法主要包括三角波发生器、比较器和滤波器。
三角波发生器产生一个稳定的三角波信号，作为参考波形；比较器将输入的正弦波信号与三角波信号进行比较，产生脉冲宽度调制信号；滤波器用于去除脉冲信号中的高频成分，得到平滑的输出波形。
在SPWM的控制中，三角波的频率和幅值是两个关键参数。
频率的选择要根据被控制设备的要求来确定，一般选择合适的频率可以减小谐波干扰。
而幅值的选择则取决于输出电压的需求，通过调节幅值可以实现输出电压的精确控制。
SPWM技术在电力电子领域具有广泛的应用。
在交流调速系统中，SPWM可以实现对电机的精确控制，提高系统的效率和稳定性。
在逆变器中，SPWM可以将直流电转换为交流电，用于驱动电机等设备。
在电力变换器中，SPWM可以将电能从一种形式转换为另一种形式，实现能量的传递和分配。
总结一下，正弦脉宽调制是一种常用的控制方法，通过调节脉冲宽度来控制输出电压的幅值。
SPWM的控制方法包括三角波发生器、比较器和滤波器。
它在交流调速系统、逆变器和电力变换器等设备中有着广泛的应用。
通过合理选择三角波的频率和幅值，可以实现对输出电压的精确控制，提高系统的效率和稳定性。
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。
三相正弦波脉宽调制变频原理实验
三相正弦波脉宽调制变频原理实验
三相正弦波脉宽调制变频是一种常见的变频技术，它的基本原理是通过调整三相正弦波的脉宽来控制交流电机的转速。
下面是该实验的步骤：
1. 准备实验设备。
需要一台交流电机、一台三相变频器、一台三相波形发生器、一台示波器、两个三相电容和一些导线等。
2. 将三相波形发生器连接到三相变频器的输入端，将三相变频器的输出端连接到交流电机，并根据需要设置变频器的参数（频率、电压等）。
3. 使用示波器观察三相正弦波的波形，并将它们与标准波形进行比较，以确保它们的频率和幅值是准确的。
4. 调节三相正弦波的脉宽，通过改变脉宽来控制电机的转速。
可以通过改变脉宽来调节电机的转速，在此过程中需要注意，脉宽过小容易导致电机不能正常工作，而脉宽过大则会导致电机损坏。
5. 使用示波器观察电机的输出波形，并与标准波形进行比较，以验证该技术的有效性。
综上所述，三相正弦波脉宽调制变频是一种非常常见和有效的变频技术，它可以通过调整三相正弦波的脉宽来控制电机的转速，为工业生产和家庭生活带来
了很多便利。
实验实训一三相正弦波脉宽调制（spwm）变频原理实验一、实验目的
实验实训一三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频原理实验一、实验目的1．掌握SPWM的基本原理和实现方法。
2．熟悉与SPWM控制有关的信号波形。
二、实验设备DJK01电源控制屏 1个DJK13三相异步电动机变频调速控制 1套示波器 1台三、实验线路及原理实验线路及原理可参看相关的教材。
四、实验步骤1．接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式（将控制部分S、V、P 的三个端子都悬空），然后开启电源开关。
2．点动“增速”按键，将频率设定在0.5HZ，用示波器在SPWM部分观测三相正弦波信号（在测试点“2、3、4”），观测三角载波信号（在测试点“5”），三相SPWM调制信号（在测试点“6、7、8”）；再点动“转向”按键，改变转动方向，观测上述各信号的相位关系变化。
3．逐渐升高频率，直至到达50HZ处，重复以上的步骤。
4．将频率设置为0.5HZ~60HZ的范围内改变，在测试点“2、3、4”中观测正弦波信号的频率和幅值的关系。
五、实验注意事项实验中一定要先把电机的开关关闭。
六、实验报告及要求1．画出与SPWM调制有关信号波形，说明SPWM的基本原理。
2．分析在0.5HZ~50HZ范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。
3．分析在50HZ~60HZ范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。
4．写出本实验的心得与体会。
实验实训二变频器的面板操作及运行一、实验目的1．了解变频器的操作方法及显示特点。
2．了解并熟悉变频器的各种运行模式。
3．熟练掌握变频器运行方式的切换和参数的预置方法。
二、实验实训设备三菱FR-A540系列变频器 1台三、实验内容及步骤1．熟悉变频器的面板操作1）仔细阅读变频器的面板介绍，掌握在监视模式下（MON灯亮）显示Hz、A、V的方法，以及变频器的运行方式、PU运行（PU灯亮）、外部运行（EXT灯亮）之间的切换方法。
2）全部清除操作为了实验能顺利进行，在实验开始前要进行一次“全部清除”操作，步骤如下：①按下MODE键至运行模式，选择PU运行（PU灯亮）。
变频器的正弦脉宽调制控制方式
其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。
但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。
另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。
因此人们又研究出矢量控制变频调速。
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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。
正弦脉冲宽度调制
正弦脉冲宽度调制
正弦脉冲宽度调制（SPWM）是一种模拟控制方式，主要应用于逆变器等电力电子设备中，可以产生方波、正弦波等交流波形。
正弦波振荡器产生的波形非常接近于正弦波或余弦波，且振荡频率比较稳定。
波形必须是完整的正弦波形，不能包含不连续的锯齿波形或者不规则的波形。
SPWM是指将一个频率比正弦波频率高的矩形脉冲的宽度按照正弦波的幅值进行调制，脉冲的高电平宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定。
按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。
正弦波在不同相位角时其值不同，因而与三角波相交所得到的脉冲宽度也不同。
另外，当正弦波频率变化或幅值变化时，各脉冲的宽度也相应变化。
要准确生成SPWM波形，就应准确地算出正弦波和三角波的交点。
SPWM控制方法的优点是控制电路简单、脉冲易于生成、所有脉冲宽度均等且与正弦函数值成比例、生成的脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小。
正弦波脉冲宽度调制
二、异步调制
对于任意的调制波频率 f r ，载波频率 f c 恒定的脉宽调 制成为异步调制。
在异步调制方式中，由于载波频率 f c 保持一定，因而当调制波频率 变化时，调制波信号不能保持同步，即载波比N与调制频率 f r 成反 比。
在异步调制方式中，由于 f c 保持一定，因而当 f r 变化时，调制波 信号与载波信号不能保持同步，即载波比N与调制波频率 f r 成反比， 因此，异步调制具有以下特点:
t1
t2 T c
t3
1 (Tc t2 ) 2
t
由于 t e 、 t c M均为已知量，因此，规则采样法 SPWM脉宽 t 2 的计算较为简单，适合基于微处理器 的数字SPWM控制。
图4-33 SPWM脉冲信号规则采 样法生成原理
看到这里，其实我有一种感觉，自然采样法的文字很好理 解，但是公式很蛋疼；而规则采样法，文字不好理解，但 是公式似乎很容易看懂哦，哎，差不多明白一下原理就好 了。 除了上述的几种方法外，常见的方法还有“特定谐波消除法” 和“跟踪型两态调制法。”但是太复杂了，我就不介绍了， 我自己也不想再看下去了，差不多懂了原理算了至于以后要 用，在此基础上再好好看也行。
r r
不同调制波频率 时的异步调制 SPWM波形
o
ωt
o
ωt
u
u
p
p
o
ωt
a)
o
ωt
b)
由于异步调制时的开关频率固定，所以对于需要设置输出滤波 器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而言，输出滤波器参数的 优化设计较为容易。 由于一个调制波周期中脉冲波形的不对称性，将导致基波相位的 跳动。对于三相正弦波逆变器，这种基波相位的跳动会使三相输出 不对称。 当 f r 较低时，由于一个调制波周期中的脉冲数较多，脉冲波形 的不对称性所造成的基波相位跳动的相角相对较小；而当 f r 较高 时，由于一个调制波周期中的脉冲数较少，脉冲波形的不对称性所 造成的基波相位跳动的相角相对变大。
交流电机变频调速讲座——第三讲正弦脉宽调制（SPWH）控制
交流电机变频调速讲座——第三讲正弦脉宽调制（SPWH）
控制
陈伯时
【期刊名称】《电力电子》
【年(卷),期】2007(005)002
【摘要】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（PU1se 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。
【总页数】7页(P49-55)
【作者】陈伯时
【作者单位】上海大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.交流电机变频调速讲座第三讲正弦脉宽调制（SPWM）控制 [J], 陈伯时
2.交流电机变频调速讲座第四讲电压空间矢量脉宽调制（SVPWH）控制 [J], 陈伯时
3.交流电机变频调速讲座第七讲按转子磁链定向的异步电动机矢量控制系统 [J], 陈伯时
4.交流电机变频调速讲座第八讲按定子磁链控制的异步电动机直接转矩控制系统[J], 陈伯时
5.交流电机变频调速讲座第四讲电压空间矢量脉宽调制CSVPWH）控制 [J], 陈伯时
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实验四单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验
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。
正弦脉宽调制(SPWM)技术的探讨
正弦脉宽调制（SPWM）技术的探讨作者：李英俊何文静李郝亮郑昱来源：《科技视界》2018年第16期【摘要】随着我国工业化进程和电子技术的飞速发展，变频调速系统逐步涉及到人们生活的方方面面。
实现变频调速的关键是产生实时可控的电源频率输出，也就是变频电源。
由于正弦脉宽调制（SPWM）的脉冲宽度占空比随时间呈正弦规律变化、所以输出波形经处理后可近似成正弦波输出。
通过实时控制输出正弦波的频率就可以达到变频的目的。
本文首先介绍了正弦脉宽调制（SPWM）的产生原理、调制方式、限制条件以及系统实现方法，最后对其调制方式和系统实现方法进行比较并得出了结论。
【关键词】正弦脉宽调制；逆变电源；开关器件中图分类号： TM464 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）16-0239-004DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2018.16.111【Abstract】With the rapid development of China's industrialization and electronic technology，variable frequency speed regulation system is gradually involved in all aspects of people's lives.The key to realize variable frequency regulation is to produce real-time controllable power supply frequency output，that is，frequency conversion power supply.Because the duty cycle of SPWM varies sinusoidal with time，the output waveform can be approximated to sinusoidal wave after the processing.The purpose of frequency conversion can be achieved by controlling the frequency of sinusoidal wave in real time.In this paper，the principle of SPWM，modulation method，restriction condition and system realization method are introduced at first.Finally，the modulation mode and system realization method are compared and a conclusion is drawn.【Key words】Sinusoidal wave pulse width modulation；Frequency；Frequency conversion power supply；Switch device0 引言脉冲宽度调制（PWM）是指通过微处理器（MCU）的数字信号输出来控制模拟电路以达到预期效果的调制方式。
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。
准正弦波脉宽调制变频调速控制系统
（电磁功率）（机械功率）
低速时， SP ，损耗 。
2. 不适合于长期工作在低速的工作机械。
3. 特别适合于通风机及泵类等机械。
（TL = Kn2）
n TL P SP
作业： P:348 12.3～5
6.3 线绕式异步电动机调速系统
由异步电动机和交流装置组成串级调速系统。
由上式可知，异步电动机的调速方法分为三种：
l 改变转差率 S—— 调节定子电压、转子电阻、转 子电压、定转子供电频率等。
l 改变极对数 p
l 改变频率 f
4. 电磁转差离合器调速系统
——通过改变电磁离合器的励磁电流来实
现调速（异步电动机本身并不调速）。
6.1
6.2
1) 优点： l 线路简单，价格便宜； l 速度负反馈后调速相当精确（平滑调速）。 2) 缺点： l 低速运行时损耗较大（增加了滑差离合器）；
Ux E C f
E Ux f f
力 m不变，磁通 基本不变。 3) 恒P变频调速中，
l l
Ux f Ux ＝定值， f
Ux 2) 恒T变频调速中， f ＝定值，保证过载能
＝定值， m 不变， 变；
m 变， 基本不变。
6.4.2 变频调速系统的分类
1. 交－直－交变频调速——带直流环节
6.3.2 串级调速时的机械特性
6.11
6.12
1.与直流电动机的特性很相似。
“” “” 2.转速低于（Ead ）或超（Ead ）同步转速（n 或 n ）。
6.13
6.3.3 串级调速的优缺点
1.调速范围宽； 2.效率高（转差功率可反馈电网）； 3.容量大； 4.应用范围广（通风机或恒T型负载）； 5.功率因素 较差（电容补偿， ）。
正弦脉宽调制的控制方法
正弦脉宽调制的控制方法正弦脉宽调制（SPWM，Sine Pulse Width Modulation）是一种常用的电力电子调制技术，广泛应用于交流电力变换、逆变等领域。
本文将介绍正弦脉宽调制的基本原理、控制方法及其在实际应用中的优势。
一、正弦脉宽调制基本原理正弦脉宽调制是基于正弦波的周期性特点，通过改变脉冲的宽度实现对输出波形的控制。
在正弦脉宽调制中，输入的控制信号通常为一个正弦波，而输出信号则为一串脉冲，脉冲的宽度与输入信号的幅度成正比，频率与输入信号的频率相同。
通过改变输入信号的幅度，可以实现对输出信号的幅度调制；通过改变输入信号的频率，可以实现对输出信号的频率调制。
二、正弦脉宽调制控制方法1. 基于比较器的控制方法基于比较器的控制方法是正弦脉宽调制最常用的一种方法。
通过将正弦信号与一个三角波信号进行比较，得到一个脉冲信号。
这个脉冲信号的宽度与正弦信号的幅度成正比。
通过改变三角波信号的频率和幅度，可以实现对输出信号的频率和幅度的调制。
这种方法简单直观，实现方便。
2. 基于微处理器的控制方法随着微处理器技术的发展，基于微处理器的正弦脉宽调制控制方法也得到了广泛应用。
通过编写相应的软件算法，将正弦波信号转化为数字信号，然后通过微处理器的输出口控制输出信号的脉冲宽度。
这种方法可以实现对输出信号的高精度控制，并可以根据需要进行实时调整。
三、正弦脉宽调制的优势1. 输出波形质量高正弦脉宽调制可以实现对输出波形的精确控制，可以得到质量较高的正弦波输出。
相比于其他调制技术，如方波脉宽调制，正弦脉宽调制能够减少谐波的产生，降低输出波形的失真度。
2. 系统效率高正弦脉宽调制在输出功率不变的情况下，可以通过调整脉冲宽度来实现输出电压的调节。
与传统的线性电压调节方式相比，正弦脉宽调制可以大大提高系统的效率，减少能量的损耗。
3. 抗干扰能力强正弦脉宽调制在实际应用中，具有较强的抗干扰能力。
通过合理设计调制电路和滤波电路，可以有效抑制各种噪声和干扰信号的影响，提高系统的稳定性和可靠性。
正弦脉冲宽度调制的原理
正弦脉冲宽度调制的原理正弦脉冲宽度调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，简称SPWM），是一种常用的调制技术，常用于电力电子领域中的逆变器和变频器等设备中。
该调制技术通过改变正弦波的脉冲宽度来实现对输出信号的调制，以达到控制输出电压和频率的目的。
SPWM的原理是利用一个基准正弦波信号和一个三角波信号进行比较，根据比较的结果来控制开关器件的开关时间，从而控制输出信号的脉冲宽度。
具体来说，当基准正弦波信号的幅值大于三角波信号时，开关器件关闭，输出信号的脉冲宽度为0；当基准正弦波信号的幅值小于三角波信号时，开关器件打开，输出信号的脉冲宽度为最大值。
通过不断调整三角波信号的频率和幅值，可以实现对输出信号的频率和幅值的调节。
SPWM技术具有以下几个特点：1. 高精度：SPWM技术可以实现对输出信号的精确控制，输出波形更加接近理想的正弦波。
这对于一些对输出波形质量要求较高的应用场合非常重要。
2. 低谐波含量：相比其他调制技术，SPWM技术可以有效降低输出信号的谐波含量，减少对其他设备的干扰。
这对于一些需要保持电网质量的应用场合尤为重要。
3. 高效率：SPWM技术可以实现对开关器件的高效利用，提高系统的能量转换效率。
这对于一些功率要求较高、对能量利用效率要求较严格的应用场合非常重要。
4. 调节范围广：SPWM技术可以通过调节基准正弦波信号和三角波信号的频率和幅值，实现对输出信号频率和幅值的广范围调节。
这使得SPWM技术在不同应用场合下都具有很大的灵活性和适应性。
SPWM技术在电力电子领域中有着广泛的应用。
例如，在逆变器中，SPWM技术可以将直流电源转换为交流电源，用于驱动交流电机等设备；在变频器中，SPWM技术可以实现对电机转速的精确调节，从而满足不同负载要求；在电力调制器中，SPWM技术可以实现对电力的精确控制，提高电能的利用效率。
正弦脉冲宽度调制是一种常用的调制技术，通过改变正弦波的脉冲宽度来实现对输出信号的调制。
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实验报告课程名称：电机控制指导老师：年珩赵建勇成绩：
实验名称：正弦脉宽调制变频调速系统实验类型：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
1、加深理解自然采样法生成SPWM波的机理和过程。
2、熟悉SPWM变频调速系统中直流回路、逆变桥功率器件和微机控制电路之间的连接。
3、了解SPWM变频器运行参数和特性。
二、实验线路及原理
SPWM变频器供电的异步电机变频调速系统的实验原理图如图1所示，其中控制键盘与运行显示布置图见图2所示。
SPWM变频调速系统主要由不控整流桥、电容滤波、直流环节电流采样（串采样电阻）、MOSFET逆变桥、MOSFET驱动电路、8031单片微机数字控制情况、控制键盘与运行显示等环节组成。
整个系统可按图1所示的接线端编号一一对应接线。
图1 SPWM变频调速系统原理图
本实验系统的性能指标如下：
(1)运行频率f1可在1～60Hz的范围内连续可调。
(2)调制方式
1)同步调制：调制比F r=3～123可变，步增量为3；
2)异步调制：载波频率f0=0.5～8kHz可变，步增量为0.5kHz;
3)混合调制：系统自动确定各运行频率下的调制比。
图2 SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图
(3)V/f曲线
有四条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，如图3所示。
曲线1: f1=1～50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=51～60Hz，U1=220V
曲线2：f1=1～5Hz, U1=21.5V
f1=6～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=51～60Hz, U1=220V
曲线3：f1=1～8Hz, U1=34.5V
f1=9～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=51～60Hz, U1=220V
曲线4：f1=1～10Hz, U1=43V
f1=11～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=51～60Hz, U1=220V
(4)加速时间
可在1～60s区间设定电机从静止加速到额定速度所需时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。
图3 不同的V/f曲线
三、实验内容
(1)用SPWM变频器驱动三相异步电动机实现变频调速运行。
(2)改变调制方式，观察变频器调制波形、不同负载时的电动机端部线电压、线电流
波形。
(3)改变V/f曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况。
(4)改变变频调速系统的加速时间，观察系统的加减速过程。
四、实验设备
(1) MCL现代运动控制技术实验台主控屏。
(2) SPWM变频调速系统实验组件挂箱。
(3)三相异步电动机一测功机组。
(4)双踪记忆示波器。
(5)数字式万用表。
五、实验方法
按图1连接好主电路，将该组件挂箱的控制电源端接入220V交流电，闭合控制电源开关，电源指示灯亮，表示挂箱通电。
此时，控制键盘上的数码管显示“P”，表示微机系统处于等待接受指令状态。
“运行”、“停止”键用来启动、关闭变频器。
开机或复位后变频器的缺省设置为：
混合调制方式，运行频率为50Hz，加速时间为3s，选中V/f曲线2。
SPWM变频器运行参数的设定可通过如图2所示的键盘显示部分来实现。
发光管用来指示运行方式及数码管显示内容。
按“设置”键可进入设置状态，数码管闪烁显示。
进入设置状态后，可按“加速时间”、“V/f曲线”、“同步调制”、“异步调制”、“混合调制”、“调制比”、“载波频率”、“运行频率”等键选择各个参数，按“上升”、“下降”键可进行参数设置，设置完毕后按“确认”键以输入设定的参数，同时退出设置状态，数码管恢复正常显示，设置后需再按“运行”键才能使变频器以设定好的参数运行。
“运行频率”也可在退出设置状态后，直
接按“上升”、“下降”键进行设置。
设置时应注意各个参数之间的依赖性，如在混合调制方式时，不允许设置调制比和载波频率；在同步调制方式时，不允许设置载波频率；在异步调制方式时，不允许设置调制比。
如没按允许进行设置，则系统不响应键盘。
调制方式重新设置后，相关参数将变成以下缺省值：
同步调制：F r=15；异步调制：f0=500Hz，V/f曲线和加速时间这两个参数不受影响。
退出设置状态后，按“加速时间”、“V/f曲线”、“调制比”、“载波频率”、“运行频率”等键可查看相应的参数值。
实验中可通过各观察孔来观察SPWM的形成过程、合成波形(10和11之间)、各功率器件上的栅极驱动信号（建议观察下桥臂元件，即13、14、15和11之间）、开关元件上电压波形（7、8、9与5之间）、直流母线电压（1和3之间）、电流波形（5和4之间）、输出线电压波形（U、V、W之间）、输出线电流波形（7、8、9和U、V、W之间）。
本次实验内容为：
1．异步调制实验
(1)运行频率f1=50Hz，载波频率f0分别设置为500Hz和1kHz。
记录以下波形：
○1调制波/载波和SPWM波形
○2电机空载运行时线电压/线电流波形
具体实验方法：
打开试验台总电源（钥匙），打开变频器电源开关，打开试验台交流输出电源开关（绿色按钮）并调节到220V（通过电压调节旋钮旁边指针表读数）。
按照上文所述的方法设置好运行参数（以运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz为例）：先按“设置”键进入设置状态，选择异步调制，然后设定运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz，设置完成后按“确认”键以输入设定的参数。
接上示波器（地线接11端，一个探头接10端，用来观察调制波/载波，另一个探头接12端观察SPWM波，波形不明显可以按下示波器的“STORAGE”按钮）。
接好示波器后按“运行”键使变频器开始工作，记录波形。
波形记录好后按“停止”键，使变频器停止运行，然后将示波器地线接U端，两个探头分别接V端和7端，重新运行变频器，记录电机空载运行时线电压/线电流波形。
f0=1kHz时实验方法及记录波形同上。
(2)运行频率f1=10Hz，载波频率f0分别设置为500Hz、1kHz和2kHz。
观察低速运行时，不同载波频率对系统性能的影响。
记录2kHz时的各个实验波形，方法同上。
1．同步调制实验
运行频率f1=15Hz，载波比Fr=3。
记录以下波形：
○1调制波/载波和SPWM波形
○2电机空载运行时线电压/线电流波形
注意：同步调制时V/f曲线只能选择3或者4。
该实验必须在变频器默认参数下先按“运行”，然后在运行中按“设置”键，按要求进行参数设置，设置好后按“确认”键，然后再次按“运行”键，系统将按新的参数运行。
因为同步调制在载波比Fr=3时启动困难或者不能直接启动，应该先用其他方式使系统启动，然后在运行过程中调节参数。
实验完成后应先按试验台的红色按钮，使变频器交流输入断开，然后关掉变频器电源。
六、实验数据记录
1、调制波/载波和SPWM波形
①异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz时的调制波/载波和SPWM波形
②异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=1000Hz时的调制波/载波和SPWM波形
③异步调制实验，运行频率f1=10Hz，载波频率f0=2000Hz时的调制波/载波和SPWM波形
④同步调制实验，运行频率f1=15Hz，调至比=3，即载波频率f0=45Hz时的调制波/载波和SPWM波形
2、电机空载运行时线电压/相电流波形
①异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz时，线电压/相电流波形
②异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=1000Hz时，线电压/相电流波形
③异步调制实验，运行频率f1=10Hz，载波频率f0=2000Hz时，线电压/相电流波形
④同步调制实验，运行频率f1=15Hz，调至比=3，即载波频率f0=45Hz时线电压/相电流波形
分析：通过查看调制波/载波和SPWM波形，可以清晰的看出只有当调制波电压大于载波时，SPWM输出为正。
异步调制时，载波信号与调制信号不保持同步；一般保持载波频率不变，调节调制波频率（即运行频率）；同步调制时，载波比不变，调节调制波频率，载波频率跟随变化。
通过查看不同控制下的线电压，相电流波形，可以看出，当调制波频率较高，载波比较高时，SPWM输出频率越高，输出相电流的谐波越小。
七、实验心得
通过本次正弦脉宽调制变频调速系统，我了解了SPWM的原理以及运用自然采样法控制电机系统的方法，对于同步与异步调制的区别也有了更深入的认识。
同步调制的优点在于保持正负半周脉冲完全相同，使得输出SPWM不含偶次谐波，但在设定运行频率较低时，调制波的频率也较低，使得载波频率与SPWM的输出频率都较低，谐波会更为严重。
故一般采用低频段异步，高频段同步的分段调制法。