SPWM调制法逆变器的调制方式
单极性SPWM调制方式下逆变器效率对比
单极性SPWM调制方式下逆变器效率对比
蒋晨;薛士龙;耿攀;李帆
【期刊名称】《电源学报》
【年(卷),期】2014(0)3
【摘要】全桥逆变器的单极性SPWM调制方式有单臂斩波、带同臂互补的单臂斩波、双臂斩波、带同臂互补的双臂斩波4种方式.通过分析逆变器的损耗组成,对比研究了4种调制方式下逆变器在开关次数、开关软硬动作状态和导通状态方面的异同,理论计算了采用不同调制方式时损耗的变化,分析得到:在小功率状态下加入同臂互补以后,开关损耗不变,导通损耗减少,此时,利用加入同臂互补斩波驱动的逆变器效率更高.最后搭建了实验平台,通过实验结果对比验证了理论分析的正确性.
【总页数】6页(P70-74,79)
【作者】蒋晨;薛士龙;耿攀;李帆
【作者单位】上海海事大学物流工程学院,上海201306;上海海事大学物流工程学院,上海201306;上海海事大学物流工程学院,上海201306;上海海事大学物流工程学院,上海201306
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.单极性弱倍频SPWM逆变器控制技术 [J], 罗辞勇;谢同平;廖勇
2.三电平逆变器双极性调制方式研究 [J], 王坤;欧阳红林;曹青;陈乔明
3.SPWM逆变器调制方式的研究 [J], 张艺东
4.SPWM逆变器调制方式的研究 [J], 张艺东
5.不同调制方式下逆变器主回路功率损耗的对比分析 [J], 郝为瀚;郭金川;孔志达因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展，SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉，这项技术的特点是通用性强，原理简单。
具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波，设计简单，是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
由于大功率电力电子装置的结构复杂，若直接对装置进行实验，且代价高费时费力，故在研制过程中需要借助计算机仿真技术，对装置的运行机理与特性，控制方法的有效性进行试验，以预测并解决问题，缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能，方便直观的Simulink建模环境，使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB／Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。
首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理，其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点，最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构，具体的跟随小编一起了解一下。
一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式，即每个桥臂的导电角度为180，同一相上下2个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120。
这样，在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通。
可能是上面一个臂下面2个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。
因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此也被称为纵向换流。
当urU》uc时，给上桥V1臂以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud／2。
当urU《uc时，给V4导通，给V1关断，则uUN=Ud／2。
V1和V4的驱动信号始终是互补的。
当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通。
二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM，他是根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。
三电平逆变器调制方法
三电平逆变器调制方法1. 三电平逆变器调制方法是指一种将直流电能转换为交流电能的电子器件，它通过控制电路中的开关器件，将直流电源的电压转换为三个不同电平的交流电压。
2. 最常用的三电平逆变器调制方法是基于脉宽调制技术，其中包括两种主要调制方法：三角波脉宽调制（SPWM）和正弦波脉宽调制（SPWM）。
3. 在三角波脉宽调制方法中，参考电压信号通常是一个三角波形，它与待生成的交流电压进行比较，根据比较结果控制开关器件的通断情况，实现不同电平的输出电压。
4. 正弦波脉宽调制方法是基于生成与期望输出正弦波形相匹配的脉冲信号。
通常，通过选择适当的参数，如调制指数、频率等，来调整输出波形的质量。
5. 在三电平逆变器调制方法中，不同的开关状态会导致不同的输出电压水平。
在三电平逆变器中，有三种基本的开关状态：1) 上平态：正负中性电平之间的状态，2) 下平态：负中性和零中性之间的状态，3) 零平态：正中性和零中性之间的状态。
6. 三电平逆变器调制方法的目标是尽可能减小输出电压的谐波含量，以保证输出波形更接近理想的正弦波形。
7. 三电平逆变器调制方法可以采用单极性或双极性开关器件，具体选择取决于应用需求和性能要求。
8. 在三电平逆变器调制方法中，通常需要使用相应的控制算法来实现输出电压的精确控制。
9. 调制方法的选择取决于应用要求。
在某些高性能应用中，正弦波脉宽调制可能更适合，而在一些低成本应用中，三角波脉宽调制可能更为常见。
10. 在三电平逆变器调制方法中，需要注意的一个重要问题是开关器件的导通和关断损耗，以及这些损耗对转换效率的影响。
11. 在三电平逆变器调制方法中，常用的控制策略包括基于传统 PI 控制器、神经网络控制器、模糊逻辑控制器等。
12. 对于带有恒定负载的应用，三电平逆变器调制方法通常可以提供更稳定和高效的输出。
13. 对于带有非线性负载的应用，三电平逆变器调制方法可以降低输出谐波含量，减小对负载的干扰。
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。
倍频单极性SPWM调制法逆变器设计
目录1 设计要求 (1)2 逆变器控制方式选择 (1)3 方案设计 (2)3.1系统总体框图 (2)3.2主电路的设计 (3)3.3 DSP的选取 (4)3.4驱动电路的设计 (5)3.5采样电路 (6)3.6保护电路 (6)4 元件参数计算 (7)4.1输出滤波电感L f、滤波电容C f的选取 (7)4.2变压器的设计84.3功率开关的选择 (8)5 仿真结果 (9)5.1驱动波形 (9)5.2功率开关器件两端的电压波形 (10)5.3逆变器输出波形 (10)6 结论 (11)参考文献 (12)1 设计要求主要内容：利用倍频单极性SPWM 调制法究逆变器的调制方式，分析系统的稳定性和外特性，给出系统的硬件结构框图，设计系统各个部分的硬件电路，完成数字控制SPWM 逆变器的原理试验和仿真。
基本要求：输入电压：40～60VDC ；输出额定容量：1kVA ；输出电压：220V ±3%；输出电压频率：50Hz 载波频率：25kHz ；THD ：≤3%。
2 逆变器控制方式选择传统逆变器的控制电路都是采用模拟电路和小规模数字集成电路实现的。
随着信息技术的发展，数字控制技术在逆变电源控制领域已得到越来越广泛的应用。
综合考虑系统性价比以及数字控制方式存在的问题，目前，部分数字化（CPU ）产生基准正弦，宽频带的电压调节器仍由模拟电路实现）不失为中小功率逆变器控制电路的优选方案。
本文分别对两种模拟/数字混合控制方案进行了比较研究，分析了它们的设计与实现，给出了相关实验结果。
本章研究的混合控制方式，也是基于数字控制器的。
利用DSP 取代纯模拟控制中的一些实现环节，如基准正弦发生器、输出过载保护、输出过压/欠压保护等，对于减小控制电路复杂程度、提高系统控制特性是有好处的。
同时，混合控制方式也考虑了数字控制可能产生的一些问题，尽可能保留模拟控制的优点，仍采用模拟电路实现电压调节器，与全数字控制系统相比，提高了系统带宽频率和动态响应速度。
SPWM调制法逆变器的调制方式
目录1 设计要求 (1)2 逆变器控制方式选择 (1)3 方案设计 (2)3.1系统总体框图 (2)3.2主电路的设计 (3)3.3 DSP的选取 (4)3.4驱动电路的设计 (5)3.5采样电路 (6)3.6保护电路 (6)4 元件参数计算 (7)4.1输出滤波电感L f、滤波电容C f的选取 (7)4.2变压器的设计84.3功率开关的选择 (8)5 仿真结果 (9)5.1驱动波形 (9)5.2功率开关器件两端的电压波形 (10)5.3逆变器输出波形 (10)6 结论 (11)参考文献 (12)1 设计要求主要内容：利用倍频单极性SPWM 调制法究逆变器的调制方式，分析系统的稳定性和外特性，给出系统的硬件结构框图，设计系统各个部分的硬件电路，完成数字控制SPWM 逆变器的原理试验和仿真。
基本要求：输入电压：40～60VDC ；输出额定容量：1kVA ；输出电压：220V ±3%；输出电压频率：50Hz 载波频率：25kHz ；THD ：≤3%。
2 逆变器控制方式选择传统逆变器的控制电路都是采用模拟电路和小规模数字集成电路实现的。
随着信息技术的发展，数字控制技术在逆变电源控制领域已得到越来越广泛的应用。
综合考虑系统性价比以及数字控制方式存在的问题，目前，部分数字化（CPU ）产生基准正弦，宽频带的电压调节器仍由模拟电路实现）不失为中小功率逆变器控制电路的优选方案。
本文分别对两种模拟/数字混合控制方案进行了比较研究，分析了它们的设计与实现，给出了相关实验结果。
本章研究的混合控制方式，也是基于数字控制器的。
利用DSP 取代纯模拟控制中的一些实现环节，如基准正弦发生器、输出过载保护、输出过压/欠压保护等，对于减小控制电路复杂程度、提高系统控制特性是有好处的。
同时，混合控制方式也考虑了数字控制可能产生的一些问题，尽可能保留模拟控制的优点，仍采用模拟电路实现电压调节器，与全数字控制系统相比，提高了系统带宽频率和动态响应速度。
单相和三相逆变器SPWM调制技术的仿真与分析
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。
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。
单相逆变器SPWM调制技术的仿真
单相逆变器SPWM调制技术的仿真课程设计(论文)任务书电气学院学院11电力牵引专业（3）班一、课程设计(论文)题目单相逆变器SPWM调制技术的仿真二、课程设计(论文)工作自 2014年 6月 16日起至 2014年 6月 20 日止。
三、课程设计(论文) 地点: 电气学院机房四、课程设计(论文)内容要求：1．本课程设计的目的（1）熟练掌握MATLAB语言的基本知识和技能；（2）熟悉matlab下的simulink和simpowersystems工具箱；（3）熟悉构建单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的仿真模型；（4）培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。
2．课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）要求对主电路和脉冲电路进行封装，并对调制度和载波比参数进行封装；（2）仿真参数为：E=100-300V; Ma=0.8-0.95; N=9-21; h=0.0001s，其他参数自定；（3）给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，要求采用subplot作图；（4）选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。
（5）利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建单相桥式逆变器spwm单极性和双极性调制的仿真模型。
2）创新要求：封装使仿真模型更加美观、合理3）课程设计论文编写要求（1）要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文（2）论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等目录1.引言.......................................... - 8 -2.软件介绍...................................... - 9 -3.电力电子电路的仿真实验系统设计 ............... - 10 - 3.1实验系统总体设计 (10)3.2电力电子电路S IMULINK仿真，具有以下特点 (11)4.单相逆变器SPWM调制技术的仿真 ................ - 11 - 4.1单相逆变器SPWM调制电路的基本结构图.. (11)4.2单相逆变器SPWM调制电路的工作原理 (12)4.2.1 逆变器SPWM调制原理................... - 12 -4.2.2 SPWM控制方式......................... - 14 -4.3单相逆变器SPWM调制电路的S IMULINK模型. (16)4.3.1 单极性SPWM仿真的模型图................ - 16 -4.3.1 单极性SPWM仿真的模型图................ - 18 -4.4模型参数的设定模型仿真图及其分析.. (20)4.3.1 单极性SPWM仿真 ....................... - 20 -4.3.2 双极性SPWM仿真 ....................... - 26 -5.结束语....................................... - 34 -6.参考文献..................................... - 35 -单相逆变器SPWM调制技术仿真的课程设计[摘要]：随着电力电子技术的不断发展，可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。
spwm_精品文档
spwm标题：SPWM技术及其应用摘要：随着电力电子技术的发展，PWM（Pulse Width Modulation）调制技术在工业控制中得到了广泛的应用。
而SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）调制技术作为PWM调制技术的一种特殊形式，对于交流电机、逆变器以及UPS （不间断电源）等领域也有着重要的应用。
本文将介绍SPWM调制技术的原理、特点以及应用场景，并深入探讨其在电力电子领域中的优势。
第一部分：SPWM的基本原理1.1 PWM调制技术简介1.2 SPWM调制技术的定义与特点1.3 SPWM调制技术的基本原理1.4 SPWM调制技术的数学模型第二部分：SPWM技术的应用领域2.1 SPWM在交流电机控制中的应用2.1.1 SPWM调制技术对交流电机的控制效果2.1.2 SPWM调制技术在变频调速系统中的应用2.1.3 SPWM调制技术在磁悬浮轴承控制中的应用2.2 SPWM在逆变器中的应用2.2.1 SPWM调制技术在逆变器输出波形控制中的应用2.2.2 SPWM调制技术在逆变器输出电压控制中的应用2.2.3 SPWM调制技术在太阳能逆变器中的应用2.3 SPWM在UPS中的应用2.3.1 SPWM调制技术在UPS输出电压控制中的应用2.3.2 SPWM调制技术在UPS输出电流控制中的应用2.3.3 SPWM调制技术在UPS输出频率控制中的应用第三部分：SPWM技术的优势与发展趋势3.1 SPWM调制技术的优势3.1.1 输出波形质量优良3.1.2 谐波内容低3.1.3 控制精度高3.1.4 载波频率大于信号频率3.1.5 适用范围广3.2 SPWM技术的发展趋势3.2.1 多级SPWM技术的发展3.2.2 高速SPWM技术的研究3.2.3 基于DSP（数字信号处理器）的SPWM控制系统结论：SPWM调制技术作为PWM调制技术的一种特殊形式，在交流电机、逆变器以及UPS等领域具有重要的应用价值。
最新multisim仿真教程 正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路
路
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。
生器XFG1产生1kHz的三角波信号作为载波信号
uc，函数发生器XFG1产生50Hz的正弦波信号作
为调制信号ur 。XFG1和XFG2对话框设置如图
11.8.6所示，产生的波形如图11.8.7所示。通
过比较器产生的波形如图1.8.8所示。
图11.8.5 SPWM产生电路
（a）
（b）
图11.8.6 XFG1和XFG2对话框设置
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。
同样，在负半周期，让晶体管VT2保持导 通。当VT3导通时，负载被加上负电压一 UD；当VT3关断时, VD4续流，负载电压为
零，负载电压uo可得到一UD和零两种电平。
这样，在一个周期内，逆变器输出的PWM 波形就由±UD和0三种电平组成。
当 ur＜uc时使VT4关断，uo＝0；在ur的负半周， VT1关断，VT2保持导通，当ur＜uc时使VT3导
通，uo＝一UD，当ur＞uc时使VT3关断，uo＝0。 这样，就得到了PWM波形uo。图中虚线uof表示 uo中的基波分量。
像这种在ur的半个周期内三角波载波只在一个
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
三相逆变器调制
三相逆变器调制1. 介绍三相逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置。
它通常由六个功率开关管和相关控制电路组成，可以实现将直流电源转换为三相交流电源。
逆变器在可再生能源领域应用广泛，如太阳能发电和风力发电系统中。
调制技术是控制逆变器输出波形的关键。
三相逆变器调制技术包括脉宽调制（PWM）和正弦波调制（SPWM）。
本文将详细介绍三相逆变器的调制原理、常用的PWM和SPWM调制方法以及它们的优缺点。
2. 三相逆变器的调制原理三相逆变器的调制原理基于两个基本概念：多级切换和合成波形控制。
多级切换是指通过控制功率开关管的导通和关断来实现输出波形的控制。
在三相逆变器中，每个输出相都由两个功率开关管控制，通过不同的开关组合方式可以产生不同的输出波形。
合成波形控制是指通过对各个输出相进行合理组合，使得输出波形接近所需的交流电源波形。
通过合成波形控制，可以实现对输出电压幅值、频率和相位的精确控制。
3. 脉宽调制（PWM）脉宽调制是一种常用的三相逆变器调制技术。
它通过改变功率开关管导通和关断的时间比例，控制输出电压的幅值。
脉宽调制有多种实现方式，其中最常见的是基于三角波比较器的脉宽调制。
该方法通过将一个固定频率、可变幅值的三角波与一个固定幅值的正弦波进行比较，得到一个PWM信号。
具体步骤如下： 1. 产生一个固定频率、可变幅值的三角波。
2. 产生一个固定幅值的正弦波。
3. 将三角波与正弦波进行比较。
4. 根据比较结果控制功率开关管的导通和关断。
脉宽调制可以实现精确控制输出电压幅值，并且具有较好的谐波性能。
然而，由于采用了离散化控制方法，其输出电压存在一定程度上的失真。
4. 正弦波调制（SPWM）正弦波调制是另一种常用的三相逆变器调制技术。
它通过改变正弦波的频率和相位，控制输出电压的幅值、频率和相位。
正弦波调制的基本思想是将所需的交流电源波形分解为多个基本频率的正弦波，并通过控制每个基本频率正弦波的幅值、频率和相位来合成所需的交流电源波形。
正弦波脉宽调制(SPWM)
为使一相的PWM波正负半周镜对称，N 应取奇数；
fr 很低时，fc 也很低，由调制带来的谐波 不易滤除；
fr 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承 受。
•同步调制三 u 相PWM波形
O
u UN'
Ud 2
0
Ud 2
u VN'
0
u WN'
0
u rU
u c u rV
u rW t
t t t
u a)
O
t
u
b)
O
t
图6-3
PWM调制原理
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。
1.2
0.8
0.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 fr /Hz
（4）混合调制
可在低频输出时采用异步调制方式，高 频输出时切换到同步调制方式，这样把两 者的优点结合起来，和分段同步方式效果 接近。
5. PWM逆变器主电路及输出波形
Ud 2
+ VVT11 C
U
VD1 VVT3 3
（3）分段同步调制
把 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；
• 分段同步调制方式
fc /kHz 201 147 99
2.4
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展，SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉，这项技术的特点是通用性强，原理简单。
具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波，设计简单，是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
由于大功率电力电子装置的结构复杂，若直接对装置进行实验，且代价高费时费力，故在研制过程中需要借助计算机仿真技术，对装置的运行机理与特性，控制方法的有效性进行试验，以预测并解决问题，缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能，方便直观的Simulink建模环境，使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB／Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。
首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理，其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点，最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构，具体的跟随小编一起了解一下。
一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式，即每个桥臂的导电角度为180，同一相上下2个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120。
这样，在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通。
可能是上面一个臂下面2个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。
因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此也被称为纵向换流。
当urU》uc时，给上桥V1臂以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud／2。
当urU《uc时，给V4导通，给V1关断，则uUN=Ud／2。
V1和V4的驱动信号始终是互补的。
当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通。
二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM，他是根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。
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
光伏逆变器几种常用SPWM波形生成算法与数字调制方式
前言：光伏逆变器与普通逆变器的最大区别，直流源的不同。
直流源由原来的蓄电池，或其它直流源换成了PV组件（太阳能电池）。
因PV组件特殊性，与普通逆变器不同的是，光伏逆变器多了一级MPPT（最大功率控制），其它基本相同。
光伏逆变器也可以叫太阳能逆变器，主要种类有，离网的光伏逆变器、并网的光伏逆变器、离并网的光伏逆变器并机的光伏逆变器等等，注意并网与并机逆变器是在控制上是有很大区别的。
当然无论是那一种光伏逆变器。
它的核心技术就是普通逆变器的技术。
整个逆变器控制技术它主要包含了电力电子技术、自动化控制原理、数字控制技术等等，这里数字控制技术是重点。
而SPWM波形生成算法和数字调制方式又是逆变器数字控制的核心点。
不同波形生成算法与调制算法决定了不同的电路和不同的THD（总谐波失真）比如说，单极性调制算法，肯定是用于全桥电路，不能用于半桥。
双极性的调制算法的谐波失真肯定是要高于单极性等等。
本文主要阐述了SPWM的几种常用的波形生产算法与数字调制方式●SPWM的几种常用的波形生产算法SPWM(正弦波脉宽调制)波的产生的常用算法有对称规则算法、不对称规则算法、等面积算法、SVPWM算法。
这四种算法分别有着自己不同的特点。
实验表明采用对称规则采样法产生的SPWM 波形，具有速度快、变频方便等优点。
不对称规则采样法是对称规则的优化版，相对对称规则采样法，采样误差减小，精度有所提高。
等面积法产生的SPWM 波形相对于前两种具有精度更高、输出波形谐波小，对称性好等优点。
SVPWM（电压空间矢量算法），具有直流电压利用率高的优点，在大功率三相逆变器应用较多。
由于本人对此算法还没有深入理解本文暂时省略。
（同时也请教论坛中的师傅们讲一下此算法的原理）▲对称规则采样法如图1所示。
它固定在三角波每一周期的负峰值时找到正弦波上的对应点E ，并用此电压值对三角波进行采样，确定SPWM波形中脉冲的生成时刻。
如图2所示可求得SPWM脉冲宽度t2 和间隙时间t1和t3 。
正弦波脉宽调制SPWM
查表法——可以先离线计算出相应的脉宽 δ等数据存放在内存中，然后在调速系统 实时控制过程中通过查表和加、减运算求 出各相脉宽时间和间隙时间。
实时计算法——事先在内存中存放正弦函 数和Tc /2值，控制时先查出正弦值，与调 速系统所需的调制度M作乘法运算，再根 据给定的载波频率查出相应的Tc /2值，由 计算公式计算脉宽时间和间隙时间。
为使一相的PWM波正负半周镜对称，N 应取奇数；
不易滤除；
fr 很低时，fc 也很低，由调制带来的谐波
fr 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承
受。
•同步调制三 相PWM波形
u
u rU
uc
u rV
u rW
O
t
u UN'
Ud 2 Ud 2
0
t
u VN' 0 u WN' t
0
t
（3）分段同步调制
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。
• 单相桥式PWM逆变电路
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。
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目录1 设计要求 (1)2 逆变器控制方式选择 (1)3 方案设计 (2)3.1系统总体框图 (2)3.2主电路的设计 (3)3.3 DSP的选取 (4)3.4驱动电路的设计 (5)3.5采样电路 (6)3.6保护电路 (6)4 元件参数计算 (7)4.1输出滤波电感L f、滤波电容C f的选取 (7)4.2变压器的设计84.3功率开关的选择 (8)5 仿真结果 (9)5.1驱动波形 (9)5.2功率开关器件两端的电压波形 (10)5.3逆变器输出波形 (10)6 结论 (11)参考文献 (12)1 设计要求主要内容：利用倍频单极性SPWM 调制法究逆变器的调制方式，分析系统的稳定性和外特性，给出系统的硬件结构框图，设计系统各个部分的硬件电路，完成数字控制SPWM 逆变器的原理试验和仿真。
基本要求：输入电压：40～60VDC ；输出额定容量：1kVA ；输出电压：220V ±3%；输出电压频率：50Hz 载波频率：25kHz ；THD ：≤3%。
2 逆变器控制方式选择传统逆变器的控制电路都是采用模拟电路和小规模数字集成电路实现的。
随着信息技术的发展，数字控制技术在逆变电源控制领域已得到越来越广泛的应用。
综合考虑系统性价比以及数字控制方式存在的问题，目前，部分数字化（CPU ）产生基准正弦，宽频带的电压调节器仍由模拟电路实现）不失为中小功率逆变器控制电路的优选方案。
本文分别对两种模拟/数字混合控制方案进行了比较研究，分析了它们的设计与实现，给出了相关实验结果。
本章研究的混合控制方式，也是基于数字控制器的。
利用DSP 取代纯模拟控制中的一些实现环节，如基准正弦发生器、输出过载保护、输出过压/欠压保护等，对于减小控制电路复杂程度、提高系统控制特性是有好处的。
同时，混合控制方式也考虑了数字控制可能产生的一些问题，尽可能保留模拟控制的优点，仍采用模拟电路实现电压调节器，与全数字控制系统相比，提高了系统带宽频率和动态响应速度。
可见，这种模拟/数字混合控制逆变器具有较高的性价比，在一些应用场合具有较大的优势。
根据PWM 控制信号的产生方式，常用的混合控制实现方案有两类：模拟/数字混合控制方案Ⅰ、模拟/数字混合控制方案Ⅱ。
方案Ⅰ的实现框图如图1。
图1 混合控制方案Ⅰ的实现框图图1中，主控芯片DSP 主要功能是提供基准正弦数据、计算控制变量采样信号的数值以执行各种保护等，控制电路的其它部分如电压调节器（包括控制框图中前向通道的有源PI 校正电路和反馈通道的无源超前校正网络）、PWM 发生器等都是用模拟元件实现的。
由于DSP 产生的基准正弦信号带有高频谐波分量，需采用低通滤波器才能得到光滑的基准正弦波，作为逆变控制系统的指令信号。
图2给出了模拟/数字混合控制方案Ⅱ的实现框图，系统工作过程为：DSP 提供基准正弦数据，经低通滤波器滤波后得到连续的基准正弦波形，有源PI 校转换器采样并通过部的事件管理器产生各路PWM 控制信号，再经驱动电路控制逆变桥功率开关管的通断。
就控制电路的复杂程度而言，尽管两种方案采用了相同的DSP 作为控制芯片，由于方案Ⅰ仍采用与纯模拟控制电路中相同的PWM 控制信号生成电路，没有充分运用DSP 的片上资源，使得控制电路规模变大，而方案Ⅱ则可省去比较复杂的三角波发生器和比较器，具有一定的成本优势。
如前节所述，采用方案Ⅰ时，功率开关管驱动信号的死区时间需要通过模拟器件产生，与方案Ⅱ的软件编程产生死区时间相比，控制精度降低，灵活性差，必须设置相当长的死区时间以保证功率电路的安全，而方案Ⅱ产生的死区时间精度很高，只需根据功率开关管的工作特性设置较短的死区即可，于是可以减轻死区效应，提高逆变器的控制性能。
本文拟采用方案Ⅰ进行分析与设计。
3 方案设计3.1系统总体框图以数字信号处理器(DSP)为核心的逆变器控制框图如图3所示。
在数字信号处理器(DSP)中产生SPWM 控制信号，逆变器输出高频脉宽调制型交流电。
该交流电经工频变压器和输出滤波器处理后，得到稳定、纯洁的正弦波电源。
3.2主电路的设计1、主电路的结构逆变器的主电路结构形式多种多样，有全桥型、半桥型及推挽型等。
中小容量逆变电源多采用半桥式逆变器结构，结构简单，控制方便。
中大容量逆变电源一般采用全桥式和推挽式逆变器结构。
为了滤除高次谐波，逆变桥后级均接有LC 滤波器。
全桥型的主电路结构由于各种因素的影响必然存在直流偏磁的问题。
直流偏磁的存在致使铁心饱和，从而加大了逆变器输出变压器的损耗，降低了效率，甚至会引起逆变失败，对系统的运行有着极大的危害，必须采取措施加以解决。
小容量逆变电源因为输出容量小，电压和电流不大，因此开关器件多选用电力MOSFET 。
而大容量正弦波输出的逆变电源因其电压电流一般都比较大，因此多采用IGBT 作为它的开关器件。
图3 系统总体框图i U f L图4 单相全桥逆变主电路型，带有输出隔离变压器的主电路形式，并采用MOSFET 作为开关器件。
主电路图如图4所示。
2、输出滤波电容的选取输出滤波电容f C 用来滤除输出电压o U 的高次谐波，若f C 越大，输出电压o U 的THD 就越小，但DC/AC 逆变器无功电流分量增大，从而增大了变流器的体积和成本。
一般选取max 5.0o cf I I ≤为宜，因此滤波电容f C 值应满足)(5.0max o o o f U I C ω≤ （1）3、输出滤波电感设计滤波电感f L 有两个作用一方面滤除输出波形中的高次谐波；另一方面作为积分环节实现SPWM 控制。
它的设计应满足四个方面的要求。
1）尽可能滤除调制波AB U 的高次谐波分量，提高输出电压波形质量，滤波电感的高频阻抗与滤波电容的高频阻抗相比不能过低，即滤波电感的感值不能太小。
为满足输出电压波形质量，要求一个采样周期中，电感电流的最大变化量小于允许的电感电流纹波max Lf I ∆。
在0=o U 时，Lf I ∆最大，此时有：))(max 12Lf k i f I f N N U L ∆> （2）2）电感电流Lf i 必须能跟踪上给定电流g i 的变化，即dt di dt di g Lf >。
一旦Lf i 不能跟踪g i 的变化，输出电压的失真度就会变大，严重时甚至导致系统异常工作。
因此f L 不能过大，即)sin ,sin min(12og om o g om i f I U I U N N U L ωαωα-< （3） 式中，om U 为输出电压峰值。
3.3 DSP 的选取目前，随着计算机和信息产业的飞速发展，信号处理学科不但在理论上，而且在方法上都获得了迅速发展。
特别是信号处理器DSP(Digital Signal Processor)的诞生与快速发展，使各种数字信号处理算法得以实时实现，为数字信号处理的研究和应用打开了新局面。
由于DSP 具有丰富的硬件资源、改进的并行结构、高速数据处理能力，强大的指令系统和日益提高的性价比己经成为世界半导体产业中紧随微处理器与微控制器之后的又一个热点，在通信、航空、航天、雷达、工业控制。
网络及家用电器等各个领域得到了广泛的应用。
和电源等数字化控制而设计的DSP（TMS320F2407A）。
这款DSP控制芯片有以下特点：1）采用高性能静态CMOS技术，使供电电压降为3.3V.减小了控制器的功耗：40MIPS的执行速度，提高了控制器的实时控制能力。
2）片内有32K字的FLASH程序存储器和1.5K字的数据/程序RAM,544字双口RAM(DASRAM)和2K字的单口RAM(SARAM)。
3）10位A/D转换器，最小转换时间为375nS。
可以以两个8通道的双排序方式采样，或一个16通道排序方式采样。
4）看门狗定时模块(WDT)。
3.4驱动电路的设计隔离驱动电路采用A3120光耦隔离型驱动电路，A3120结构框图及驱动电路结构如图5所示。
A3120是美国惠普公司生产的用于驱动IGBT、MOSFET器件的光电耦合器，该芯片内部集成有光耦、接口和功放单元，可驱动1200V/100A 的IGBT模块。
该驱动芯片的主要特点为：（1）工作电源电压范围宽（15V～30V）；（2）最小的输出电流峰值2A；（3）最大交换速度500ns；（4）具有欠压锁定保护（UVLO）功能；（5）输出与输入信号同相。
当输入信号为高电平时，A3120输出为高电平，由功放级的NPN晶体管放大后输出，驱动功率器件；当输入信号为低电平时，A3120输出为低电平，功放级的PNP晶体管导通，功率器件极间承受反向电压关断。
图中，R的大小将影响逆变器的开关损耗，并且影响功率开关的关断尖峰大小以及逆变器的输出波形质量。
逆变桥选用不同的功率开关，应调整57R的大小，使逆变器获得最佳的性能。
图5 逆变桥功率开关驱动电路W 57R56g3.5采样电路在数字控制系统中，DSP 片内A/D 采样能够承受到输入电平范围为0~3.3V ，所以无法对所需的控制量直接进行A/D 采样，因而通常需要把这些量调理后，才能接至DSP 第A/D 转换口。
本系统采用的是电压电流双环控制，所以包括电压采样电路和电流采样电路。
在电压电流双闭环控制系统中，需采样逆变器的输出电压作为反馈量。
为了满足DSP 的A/D 模块输入信号的要求，模拟量需要经过图6所示的调理电路。
电流采样电路和电压采样电路原理基本类似，只需把电压传感器换成电流传感器即可：电感电流经一电流传感器得到与电感电流成正比的电压信号，然后经过调理电路变换到0~3.3V ，输入到DSP 的A/D 模块采样口。
3.6保护电路输入过压和欠压保护电路如图7所示，直流电压保护信号取自主电路输入电压，经电阻84R 分压和光耦隔离后送入控制电路。
利用光电耦合器把各种模拟负载与数字信号源隔离开来，也就是把“模拟地”与“数字地”断开。
经过光耦的保护信号通过比较器分别与设定的最大/最小电压值进行比较，如果电压值超过限定值，比较器就输出低电平。
比较器的输出信号相与，所得的信号送入DSP 的PDPINT 中断口。
当器件引脚PDPINT(电源驱动保护中断)被拉低时，会产生一个外部中断，这个中断是为系统的安全操作提供的。
如果PDPINT 未被屏蔽，当PDPINT 引脚拉低以后，所有的PWM 输出均为高阻态。
这样可以在过流等故障的情况下，把逆变器的PWM 控制信号封死,关闭功率器件，从而实现对逆变器的保护。
图6 电压采样电路4 元件参数计算4.1输出滤波电感L f、滤波电容C f 的选取取mH L f 1=。
滤波电容电流的有效值为：A U C I o f o cf 38.122010205026=⨯⨯⨯⨯==-πω110%负载时，负载电流的有效值为A U P I o o o 5220%1101000max max =⨯== 容性负载时电感电流最大，因此电感电流有效值为A I I I I I L Lf cf o cf Lf 6)90cos(*22max 2≈+-+=ϕ其中，75.0cos 1-=L ϕ。