SPWM原理+单极性SPWM
SPWM
PWM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。
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2.
(1)调制波和载波：曲线①是正弦调制波，其周期决定于需要的调频比kf，振幅值决定于ku,曲线②是采用等 腰三角波的载波，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于ku=1时正弦调制波的振幅值，每半周期内所有三角波 的极性均相同(即单极性)。
调制波和载波的交点，决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度，每半周期内的脉冲系列也是单极 性的。
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，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(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原理
SＰWＭ原理
SPWＭ用输出的正弦信号作为调制波，用高频三角波作为载波，控制逆变器的一个桥臂的上、下两个开关管导通与关断。
如果在半个正弦周期内, 只有上( 下) 桥臂的开关管反复通断，下（上) 桥臂开关管动作, 则称为单极式SPWM.如果在整个周期内, 上、下桥臂的开关管交替导通与关断，即上通下断和上断下通的状态反复切换，则称为双极式SPWM。
下图给出了双极式ＳＰWM的原理示意图。
当载波与调制波相交时, 由该交点确定逆变器一个桥臂开关器件的开关动作时刻及开关通断状态，获得一系列宽度不等的正负矩形脉冲电压波形。
该脉冲序列的特点是等幅不等宽, 其宽度按正弦规律变化;在正弦波半个周期内, 正负脉冲的面积总和与正弦波的面积相等。
SＰWＭ调制的理论基础是面积等效原则, 图中横轴代表时间, 因此ＳPWM 的理论依据实际是时间平均等效原理．当脉冲数足够多时, 可以认为逆变器输出电压的基波幅值和调制波幅值是相等的，即SPWM逆变器输出的脉冲波的基波幅值就是调制时要求的等效正弦波。
ＳPＷM产生原理图。
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内正弦波面积相等，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 时段内的占空比为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。
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控制技术
2-3
SPWU
0
ωt
0
ωt
变频器根据调制方式分类：
脉幅调制（PAM）：Plus Amplitude Modulation 脉宽调制（PWM）：Plus Width Modulation
一、SPWM原理
SPWM：正弦脉宽调制
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（与我们课件上画的一致），这个由 n个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形 就与正弦波的半周波形等效，称为SPWM 波形。
课外知识：
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。
uda电压：
1. ura> ut 2. ura< ut
uda为“正”电平 uda为“零”电平
单极性脉宽调制波的形成
U
ut
ura
ωt U uda
ωt
注意：载波的最大值大于调制波的最大值
注意：SPWM脉冲系列中，脉冲的宽度以
及相互间的间隔是由正弦波（基准波或调 制波）和等腰三角波（载波）的焦点来决 定的。
三、双极性SPWM技术
1、调制波和载波 ut是载波，采用了双极性等腰三角波，周期决定
了载波频率，振幅不便，和电动机的电压为额 定电压的调制波的振幅相同； ura是正弦调制波，其周期决定了所需电压波形 的频率，其振幅决定所需电压波形的振幅； uAO电压： 1. ura> ut V1通，V2断 uAO=+Us/2 2. ura< ut V1断，V2通 uAO=-Us/2
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。
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。
单极性和双极性PWM调制的区别在哪里 详解PWM中的单极性和双极性
单极性和双极性PWM调制的区别在哪里详解PWM中的单极性和双极性本文主要是关于单极性和双极性PWM调制的相关介绍，并着重对单极性和双极性PWM调制的区别进行了详尽描述。
PWM控制的基本原理PWM（PulseWidthModulaTIon）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。
PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，PWM控制技术在逆变电路中的应用也最具代表性。
面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础，即在采样控制中，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上时，其效果基本相同。
其中，冲量指的是窄脉冲的面积；效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
如图1.1.1（1）所示，三个窄脉冲形状不同，但是它们的面积都等于1，当它们分别加在如图1.1.1（2）（a）所示的R-L电路上时，并设其电流i（t）为电路的输出，则其输出响应波形基本相同且如图 1.1.1（2）（b）所示。
一、什么是单极性PWM和双极性PWM通俗的说：单极性PWM就是PWM波形在半个周期中只在单极性范围内变化。
双极性PWM就是PWM波形在半个周期中有正、有负。
单、双极性是根据对低电平的不同定义而言的，然后所谓单极性，指的是以0V为低电平，双极性，指的是以“与高电平大小相等，极性方向相反（即在横轴下面）”的电位为低电平。
我们知道，PWM波形的产生是通过载波和信号波两个波形共同作用而成的，基本元素只有两个，高电平和低电平，信号波比载波高，则为高电平，比载波低，则为低电平。
二、单极性PWM原理产生单极性PWM模式的基本原理如下所示。
首先由同极性的三角波载波信号ut。
与调制信号ur，比较（图（a）），产生单极性的PWM脉冲（图（b））；然后将单极性的PWM脉。
单极性SPWM的两种控制方法与过零点输出特性比较
单极性SPWM的两种控制方法与过零点输出特性比较0 引言随着控制技术的发展和对设备性能要求的不断提高，许多行业的用电设备不再直接接入交流电网，而是通过电力电子功率变换得到电能，它们的幅值、频率、稳定度及变化形式因用电设备的不同而不尽相同。
如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器、加热电源、汽车电源、绿色照明电源、不间断电源、医用电源、充电器等等，它们所使用的电能都是通过对电网电能进行整流和逆变变换后得到的。
因此，高质量的逆变电源已经成为电源技术的重要研究对象。
1 工作原理1.1 主电路拓扑与SPWM的产生单极性SPWM逆变电路的拓扑，由全桥4个开关管组成的2路桥臂所构成，一路以高频开关工作频率工作，称为高频臂（S3，S4）；另一路以输出的正弦波频率进行切换，成为低频臂（S1，S2）。
图1 逆变电路主电路结构单极性逆变有两种产生SPWM的方法。
第一种控制方法是将给定的载波（正弦波）整流成正的，调制波（三角波）也是正的，，称为单边SPWM控制；第二种控制方法是给定的载波（正弦波）是一个完整的正弦波，调制波（三角波）当正弦波为正时是正的，当正弦波为负时是负的，，称为双边SPWM控制。
(a) 载波与调制波均为正(b)调制波极性随载波改变图2 两种SPWM产生原理比较上述两种控制方法产生SPWM的机理不一样，各自的控制电路也有所不同。
1.2 单极性SPWM的两种控制方法1.2.1 单边SPWM控制单边SPWM的控制电路。
图3中的Sg3及Sg4分别对应高频臂上下管的驱动信号；Sg1及Sg2分别对应低频臂上下管的驱动信号。
由于低频臂的切换作用，高频臂PWM输出性质随之改变。
例如，原来过零时Sg1的窄脉冲对应输出低电压，低频臂切换后突然成为高电压。
因此，PWM有一突变过程。
图3 单边SPWM控制电路图4所示的是单边SPWM控制方法在过零点时的示意图。
图4中E1为理论上跟基准（电压波形）同相位的误差信号，由于在电压环和电流环两个环节中存在积分环节，根据负载的性质和轻重，实际的输出误差信号E2与基准信号有一个相位差。
单极性SPWM的两种控制方法与过零点输出特性比较
单极性SPWM的两种控制方法与过零点输出特性比较作者：于文涛来源：《科学与财富》2010年第12期[摘要] 本文分别对单极性逆变中的单边与双边SPWM的产生方法及控制方法以及其在正弦波电压过零点附近的振荡情况进行了分析。
理论分析表明，并通过仿真与电路试验证明，双边SPWM中的控制器输出，因没有在过零点附近发生大的突变，其性能更为优越。
[关键词] SPWM控制逆变过零震荡随着控制技术的发展和对设备性能要求的不断提高，许多行业的用电设备不再直接接入交流电网，而是通过电力电子功率变换得到电能，它们的幅值、频率、稳定度及变化形式因用电设备的不同而不尽相同。
如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器、加热电源、汽车电源、绿色照明电源、不间断电源、医用电源、充电器等等，它们所使用的电能都是通过对电网电能进行整流和逆变变换后得到的。
因此，高质量的逆变电源已经成为电源技术的重要研究对象。
1、工作原理1.1主电路拓扑与SPWM的产生单极性SPWM逆变电路的拓扑如图1所示，由全桥4个开关管组成的2路桥臂所构成，一路以高频开关工作频率工作，称为高频臂（S3，S4）；另一路以输出的正弦波频率进行切换，成为低频臂（S1，S2）。
单极性逆变有两种产生SPWM的方法。
第一种控制方法是将给定的载波（正弦波）整流成正的，调制波（三角波）也是正的，如图2（a）所示，称为单边SPWM控制；第二种控制方法是给定的载波（正弦波）是一个完整的正弦波，调制波（三角波）当正弦波为正时是正的，当正弦波为负时是负的，如图2（b）所示，称为双边SPWM控制。
上述两种控制方法产生SPWM的机理不一样，各自的控制电路也有所不同。
1.2单极性SPWM的两种控制方法1.2.1单边SPWM控制单边SPWM的控制电路如图3所示。
图3中的Sg3及Sg4分别对应高频臂上下管的驱动信号；Sg1及Sg2分别对应低频臂上下管的驱动信号。
由于低频臂的切换作用，高频臂PWM 输出性质随之改变。
正弦波脉宽调制技术
正弦波脉宽调制技术一、正弦波脉宽调制1、正弦脉宽调制法（SPWM）：是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。
其中每周基波（正弦调制波）与所含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。
2、正弦脉宽调制原理（以单相为例）：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。
矩形波的面积按正弦规率变化。
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。
a)b)图6-3图1 SPWM调制原理等效原理：如图1所示，把正弦分成n 等分，每一区间的面积用与其相等的等幅不等宽的矩形面积代替，正弦的正负半周均如此处理。
3、SPWM控制方式：SPWM控制技术有单极性控制和双极性控制两种方式。
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。
如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也在正负之间变化，叫作双极性控制方式。
4、正弦脉宽调制的特点是脉宽调制是以逆变器的功率器件的快速而有规律的开关，形成一系列有规则的矩形方波，以和期望的控制电压等效。
其特点是基波分量大，2N-1次以下谐波得到有效的拟制，输出电流接近正弦波。
二、交流电动机动态数学模型：1、交流电机数学模型的性质：(1)、多变量，强耦合(如图2)输入变量：电压（或电流），频率输出变量: 转速、磁通（2）、有两个变量的乘积项。
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。
单极性spwm与双极性spwm区别
PWM 即Pulse Width Modulation翻译成中文就是脉宽调制，就是不同占空比的矩形波。
单极性PWM：电压全部是正的。
控制信号最初都是这个，下面两个都是从这个转换过去的。
双极性PWM：电压有正有负。
SPWM 即Sinusoidal PWM：就是不同占空比的’正弦波‘。
这个在私服电机驱动方面很常用。
pwn应该是PWM，即脉冲宽度调制，就是用三角波信号与正弦波信号相比较，以决定逆变器开关器件的导通或关断。
如果三角波信号在正弦波信号的半个周期都是正值，另外半个周期都是负值，则称为单极性调制；否则，称为双极性调制。
要注意三角波信号的频率必须是正弦波信号频率的整数倍。
一、指代不同1、单极性PWM调制：单极性PWM就是PWM波形在半个周期中只在单极性范围内变化。
2、双极性PWM调制：双极性PWM就是PWM波形在半个周期中有正、有负。
二、原理不同1、单极性PWM调制：由同极性的三角波载波信号ut。
与调制信号ur，产生单极性的PWM脉冲；然后将单极性的PWM脉冲信号的倒相信号UI相乘，从而得到正负半波对称的PWM脉冲信号Ud。
2、双极性PWM调制：采用的是正负交变的双极性三角载波ut与调制波ur，可通过ut与ur，的比较直接得到双极性的PWM脉冲，而不需要倒相电路。
三、特点不同1、单极性PWM调制：启动快，能加速，刹车，能耗制动，能量反馈，调速性能不如双极模式好，但是相差不多，电机特性也比较好。
如果接成H 桥模式，也能实现反转。
在负载超速时也能提供反向力矩。
2、双极性PWM调制：能正反转运行，启动快，调速精度高，动态性能好，调速静差小，调速范围大，能加速，减速，刹车，倒转，能在负载超过设定速度时，提供反向力矩,能克服电机轴承的静态摩擦力，产生非常低的转速。
单双极性SPWM单相逆变器
O U d 图 6 5
t
在ur与uc的交点处控制IGBT的通断。在ur的正半周，V1保持通 态，V2保持断态，当ur＞UC时，使V4导通，v3关断，u0=ud； 当ur＜uc，V4关断，V3导通，u0=0；
双极性PWM控制方式
Ur的半个周期内，三角载波在正负极之间连续变化，所得PWM波 也是在正负之间变化，称为双极性PWM控制方式。
单极性PWM控制方式
Ur为正弦调制信号波，Uc为三角载波。Ur的半个周期内三角载波 只在正极性和负极性一种极性范围内变化，所得PWM波也只处于 一个极性的范围内，称为单极性PWM控制方式。
V 1 U d + V 2 u 信 号 波 r u c 载 波
V D 1 R V D 2 u o
V 3 L V 4
图 用PWM波代替正弦半波
PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种， 由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。 输出波形作调制信号，接受调制的信号为载波进 行调制得到期望的PWM波； 载波比——载波信号频率fc与调制信号频率fr之比，P= fc / fr 调制信号——正弦调制信号与三角载波信号的幅值之比 ，m=ur/uc 当载波频率fc远高于输出电压u0基频f且调制深度m≤1 时,可知输出基波电压u0f 的幅值 u1m=mud
f (t) f (t) f (t) f (t)
(t)
形状不同而冲 量相同的各种 窄脉冲
t d )
O
a )
t O
b )
t O 图 6 1
c )
t O
PWM控制的基本原理
用PWM波代替正弦半波 将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽 度为/N，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规 律变化的脉冲序列组成的。 把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不 等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相 应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相 应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是 PWM波形。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方 法得到PWM波形。 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。
正弦波脉宽调制技术
一、正弦波脉宽调制1、正弦脉宽调制法（SPWM ）：是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。
其中每周基波（正弦调制波）与所含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。
2、正弦脉宽调制原理（以单相为例）：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。
矩形波的面积按正弦规率变化。
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。
等效原理：如图1所示，把正弦分成 n 等分，每一区间的面积用与其相等的等幅不等宽的矩形面积代替，正弦的正负半周均如此处理。
3、SPWM 控制方式：SPWM 控制技术有单极性控制和双极性控制两种方式。
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。
如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM 波也在正负之间变化，叫作双极性控制方式。
4、正弦脉宽调制的特点是脉宽调制是以逆变器的功率器件的快速而有规律的开关，形成一系列有规则的矩形方波，以和期望的控制电压等效。
其特点是基波分量大，2N-1次以下谐波得到有效的拟制，输出电流接近正弦波。
二、交流电动机动态数学模型：1、交流电机数学模型的性质：(1)、多变量，强耦合(如图2)输入变量：电压（或电流），频率输出变量: 转速、磁通（2）、有两个变量的乘积项。
实验单相逆变器单极性和双极性SPWM调制技术的仿真
单相逆变器单极性和双极性SPWM 调制技术的仿真1.PWM 控制的基本原理PWM （Pulse Width Modulation ）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。
PWM 控制技术的重要理论基础是面积等效原理，即：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。
下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。
把正弦半波分成N 等分，就可以把正弦半波看成由N 个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。
如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可得到图1所示的脉冲序列，这就是PWM 波形。
像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，也称为SPWM 波。
图1 单极性SPWM 控制方式波形上图所示的波形称为单极性SPWM 波形，根据面积等效原理，正弦波还可等效为图2中所示的PWM 波，这种波形称为双极性SPWM 波形，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
图2 双极性SPWM 控制方式波形2.PWM 逆变电路及其控制方法PWM 逆变电路可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的几乎都是电压型电路，因此本节主要分析电压型逆变电路的控制方法。
要得到需要的PWM 波U d -U Oω t Ud - U d形有两种方法，分别是计算法和调制法。
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM 波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM 波形，这种方法称为计算法。
由于计算法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。
与计算法相对应的是调制法，即把希望调制的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号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，在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM 波形。
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SPWM
1 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 2
1α (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内正弦波面积相等，脉冲宽度k T 必须满足式
dt wt v dt wt v T V s
s
s
s
KT T K m KT T K ab k d )(sin )()1(1)1(⎰
⎰
--⋅==⋅
[]s s m
wKT T K w w
V 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 k
d k d V wT w w
V T V αθsin 21sin 211⋅⎪⎭
⎫
⎝⎛⋅=
⋅
=⋅ (3.3)
因此，第k 个脉冲的宽度在s T 时段内的占空比为
k k s
s 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
s
s 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。
这种按正弦规律控制逆变器输出脉冲电压的方法称为正弦脉宽调制。
当n 很大时，有s s wT wT 21
21sin ≈⎪⎭⎫ ⎝⎛，从而占空比可简化为
k k d
m
s k s k k M V V T T D ααθθsin sin 1⋅=⋅≈==
(3.6)
调制比为
d
m
V V M 1
(3.7)
从以上各式可以看出，如果调制比M 改变，k D 会同比例改变，逆变器输出的基波电压也会同比例改变。
图3.5 逆变电路
V 1m
图3.6 用SPWM 电压等效正弦电压
2 单极性SPWM
对应于双极性SPWM ，如果在调制波的正半周期仅有正的电压脉冲，负半周期仅有负的电压脉冲，则称为单极性SPWM 。
单极性SPWM 一般通过载波实现，具体有两种方式。
可以通过控制信号进行相位参差得到，也可以通过两桥臂进行相位参差得到[11]。
为方便软件算法实现，本文通过两桥臂相位参差法得到。
图3.7 单极性SPWM 主电路
对主电路的T 1、T 2桥臂和T 3、T 4桥臂分别进行双极性SPWM 调制。
两桥臂共用一个三角载波，所不同的是T 1、T 2桥臂的调制波为r V ，而T 3、T 4桥臂的调制波为r V -。
T 1、T 2桥臂和T 3、T 4桥臂的驱动信号的变化时刻即是图3.9所示载波与各自调制波的交点时刻。
V
V V g1,T 1V g2,T 2V g4,T 4V g3,T 3
图3.8 两桥臂相位参差法单极性SPWM 驱动信号形成电路
当c r V V >时，使T 1导通，T 2截止，2/d an V V =，当c r V V <时，使T 1截止，T 2
导通，2/d an V V -=；当c r V V <-时，使T 3截止，T 4导通，2/d bn V V -=，当c r V V >-时，使T 3导通，T 4截止，2/d bn V V =。
输出电压bn an ab V V V -=，从而ab V 可能出现
三种情况，分别为T 1、T 4同时导通时，d ab V V =；T 2、T 3同时导通时，d ab V V -=；T 1、T 3同时导通或T 2、T 4同时导通时，0=ab V 。
图3.9 两桥臂相位参差法单极性SPWM 输出电压波形
V d V r V V cm 0
0-V
图3.10 单极性SPWM 脉波电压占空比及平均值
图3.10显示了一个载波周期内的脉冲生成过程。
由图3.10知在每一个载波周期c T 内产生了两个驱动脉冲，在前、后半周期各产生了一个输出电压脉冲，即产生了脉冲数倍频的效果，所以这种调制方式也被称为单级倍频SPWM 调制。
设图3.10中正弦调制波()t f V t w V t V r rm r rm r π2sin sin ==，幅值为rm V ，频率为
r f ，三角载波c V 幅值为cm V ，频率为c f 。
假设载波比很大，近似认为r V 在一个载波周期内大小不变。
从而第k 个脉冲的占空比为
cm
k
rm cm r c k c k k V V V v EA FB EC FC T T T T D αsin 4/2/2/======
(3.8)
式中k α表示第k 个脉冲中心点所对应的基波角度。
半个载波周期内，输出电压的平均面积为
cm
k
rm d c k d ab V V V T T V V αsin 2/⋅=⋅
= (3.9)
当载波比很高时，逆变器输出基波电压瞬时值为
()t
w V t w MV t w V V V t v r m r d r cm
rm
d ab sin sin sin 11==⋅⋅
= (3.10)
式中，m V 1为输出基波电压幅值，M 为调制比
d
m
cm rm V V V V M 1=
=
(3.11)
式3.11表明，输出基波电压与调制波具有相同的频率和相位，所以改变调制波的频率和相位就可以改变输出基波电压的频率和相位。
并且，输出基波电压
大小和调制比成正比，如果取cm V 为常数，则改变rm V 就可以改变输出基波电压。
单极性SPWM 同双极性SPWM 一样可以消除低次谐波，使谐波高频化。
不同的是，单极性SPWM 在不提高每个桥臂开关频率的前提下，将最低次谐波提高到两倍载波频率附近，更易于滤除。
可见在单相全桥逆变器应用中，单极性SPWM 比双极性SPWM 更加优越。