单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路
实验四SPWM逆变电路实验
实验四SPWM逆变电路实验一、实验目的1．掌握单相正弦波（SPWM）逆变电路的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。
2．熟悉正弦波发生电路、PWM专用集成电路SG3525的工作原理与使用方法。
二、实验仪器1.MCL－III教学实验台主控制屏2.NMCL-22实验3.双踪示波器4.万用表三、脉宽调制信号产生原理脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生。
SG3525芯片不仅能产生频率灵活可变的方波，而且可输出正弦PWM（SPWM）信号，以提高后接变压器的工作频率。
为了使SG3525产生一个SPWM信号，可在芯片的9脚处加入一个幅度可变的正弦波（图b），与5脚处的锯齿波（图a）信号进行比较，从而获得SPWM控制信号，改变正弦波的幅值，即改变调制度M （调制度定义为正弦波调制波峰U rm与锯齿波载波峰值U tm之比，即M=U rm/U tm）就可以改变输出电压的幅值，.四、实验内容和要求实验内容：1．SPWM波形发生器测试。
2．逻辑延时时间的测试。
3．带不同负载时，输出电压波形的测试。
实验方法：1．SPWM波形的观察（1）观察“SPWM波形发生器”的正弦信号Ur波形（2端对地），改变正弦波频率调节电位，测试其频率可调范围。
（2）观察三角波Uc的波形（1端对地），观察并记录其顶点U H、谷点U L，测试并记录其频率范围。
（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM（3端对地）。
2．逻辑延时时间的测试将SPWM波形发生电路的“3”端与DLD电路的“1”端相连，用双踪示波器同时观察DLD 电路的“1”、“3”端波形，并记录延时时间Td。
（该步骤做完后，不要拆这根连线）3．带电阻负载时输出电压的测试。
（1）将NMCL-22挂箱的U、V、W与电源的U、V、W相连接。
（2）将电阻（灯箱）接入“6”、“7”端。
（3）合上主电路电源，观察并记录负载电压的波形，记录其幅值。
注意：为便于观察输出的电压波形，需要把三角波频率调至最低，把正弦波频率调至最高。
单相SPWM逆变.
wt
(k 1)T U m sin w td
wt
T1 T T4 U D T2 T3 T5 T6
SPWM等效电压
Um w
co s w
k
1 T
cos w
kT
0
wt
Um w
2 sin
1 2
wT
s
i
n
w
kT
1 2
T
1 w
2 sin
1 wT 2
U
m
sin
k
TU
m
sin
k,
p
T
sin
1 2
wT
1 2
wT
用充分多的等高（U)不等宽
(Tk，k)的脉冲电压逼近正弦： 被功率开关接通的电源保持常
数值【直流】。
即 T T k U U m s in k ,T T k k 为 第 k 个 脉 冲 的 占 空 比
7-8
k
按比例改正变U弦m，就脉宽调制SPWM基本原理
可输电w以出压t成电。k比压这例中种w地的控调基制k控波输T-1 2T
7-13
2） 调制法
➢ 工作时上下管通断互补。
➢根据对IGBT在一个开 关周期调制控制的方法 不同，输出电压具有不 同的电平形式。
单相桥式PWM逆变电路
➢调制控制信号的产生 一般常采用指令电压与
u
uc ur
三角波比较获得。
O
➢指令信号电压ur称为调制信号
电压（波），它的频率决定了
输出电压、电流的基波频率。
T1 T T4 T2 T3 T5 T6
SPWM等效电压
1
1
26
12
0
wt
11.8正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路
图11.8.8 通过比较器产生的波形
11.8.3 SPWM逆变电路 SPWM逆变电路如图11.8.9（a）（b）所 示。图中函数发生器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。
11.8正弦脉宽调制（ SPWM）逆变电路 11.8正弦脉宽调制（ SPWM） 正弦脉宽调制
11.8.1正弦脉宽调制（SPWM） 11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理 正弦脉宽调制 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。
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。
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。
控制VT4或VT3通断的方法如图11.8.3所示。载 波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角 波，在负半周为负极性的三角波。调制信号ur 为正弦波。在ur和uc的交点时刻控制晶体管VT4 或VT3的通断。在ur的正半周，VT1保持导通， 当ur＞ uc时使VT4导通，负载电压uo＝ UD，
单相SPWM逆变.
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。现 在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术，因此， 本章和第4章（逆变电路）相结合，才能对逆变电路 有完整地认识。
7-1
7.1 PWM控制的基本思想
1）重要理论基础——面积等效原理
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。 冲量 窄脉冲的面积 环节的输出响应波形基本相同
O
wt
-
U
d
7-6
7.1 PWM控制的基本思想
等幅PWM波
输入电源是恒定直流
直流斩波电路 7.2节的PWM逆变电路 7.4节的PWM整流电路
不等幅PWM波
输入电源是交流或不是 恒定的直流
斩控式交流调压电路 矩阵式变频电路
Ud O
- Ud
U
wt
o
ωt
7-7
正弦脉宽调制SPWM基本原理
1 k w t k w kT- T 2
u (t)－电压窄脉冲， 是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是 电路的响应。
7-3
7.1 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u
SPWM波
ωt
u
O
>
O
> ωt
u
O
ωt
>
7-4
7.1 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u u
SPWM波
> ω tt ωuO O> NhomakorabeaO
> ωt
u
O
ωt
>
正弦波脉宽调制SPWM
三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形
上图为三相PWM波形，其中 urU 、urV 、urW为U，V，W三相的正弦调制波， uc为双极性三角载波； uUN’ 、uVN’ 、uWN’ 为U，V，W三相输出与电源
中性点N’之间的相电压矩形波形；
uUV为输出线电压矩形波形，其脉冲幅值为+Ud和
根据载波和信号波是否同步及载波比的 变化情况，PWM调制方式分为异步调制和 同步调制。
（1）异步调制 异步调制——载波信号和调制信号不 同步的调制方式。
通常保持 fc 固定不变，当 fr 变化时，载 波比 N 是变化的；
在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个 数不固定，相位也不固定，正负半周期 的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的 脉冲也不对称；
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，f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
1 M sin r tD 2 /2 Tc / 2
因此可得
Tc (1 M sin r t D ) 2
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度
Tc 1 ' Tc (1 M sin r tD ) 2 4
根据上述采样原理和计算公式，可以用 计算机实时控制产生SPWM波形，具体实 现方法有：
VT V 1 1
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。
第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法
第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法1(2(1 正弦波脉宽调制SPWM逆变器结构典型的交流-直流,交流逆变器的结构如图2-1-3所示。
图2-1-3: 变压变频器主电路结构图图2-1-3中，单相交流或三相交流供电经非控全波整流，变成单极性直流电压;该直流电压经有源或无源功率因素校正电路PFC(Power Factor Correct)得到直流母线电压 Udc，某些情况下功率因素校正电路可以省略。
逆变器的核心电路是由六个功率开关器件Q1-Q6构成的三相逆变桥，每个桥有上下两个桥臂;上桥臂上端接直流母线电压正端(DC+)，下桥臂下端接直流母线参考端(DC-);对于交流异步电机的驱动，为防止直通，上、下桥臂通常设置为互补工作方式:上桥臂导通时，下桥臂截止;下桥臂导通时，上桥臂截止。
三桥臂中间输出接至负载:三相感应电机的UVW输入端。
功率开关器件Q1-Q6可以是晶闸管GTO，双极性功率晶体管BJT，金属氧化膜功率场效应管MOSFET，绝缘栅型双极性功率晶体管IGBT。
IGBT具有开关速度快、承载电流大、耐压高、管耗小等特点，在电源逆变器中得到最为广泛的应用。
对于感性负载(电机)，为了保护IGBT，常需加续流二极管D1-D6，用以在开关管关断时形成电流回路。
IGBT通常已与续流二极管封装在一起。
电容C用于能量缓冲，可保持直流母线电压Udc相对稳定。
为了在电机的UVW端线上输入三相平衡的交流电，通常做法是依一定规则用PWM信号PWM1L-PWM3H去控制逆变器的六个开关管的开关状态。
所谓的正弦波SPWM(Sinusoidally PWM)技术，就是用正弦波去调制PWM信号的脉宽，即:功率管的输出为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其宽度依正弦波规律变化;对交流输出波形的幅度对称性及相位要求不是非常苛刻的应用来说，PWM 信号的频率通常保持不变。
这种控制策略也叫异步控制法，即载波信号的频率独立于调制波频率。
见图2-1-4。
基于SG3525设计单相正弦波SPWM逆变电源 毕业设计(论文)
1.3.2
我在做设计时候遇到难题是由于选择正弦波振荡电路的电阻参数错误和SPWM逆变电路调节RP在SG3525的9号管脚和SG3525芯片的5号管脚得不到相应的信号输出。最后在指导老师的帮助下经过更换电阻参数和负载R5从而得到应该得到的输出。
2 SPWM
2.1
逆变电路理想的输出电压是图2-1（a）正弦波u0=Uo1sinωt。而电压型逆变电路的输出电压是方波，如果将一个正弦波半波电压分成N等分，并把正弦曲线每一等分所包围的面积都用一个与其面积相等的等副矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应正弦等分的中重合，得到如图2-1（b）所示的脉冲列这就是PWM波形。正弦波的另外一个半波可以用相同的方法来等效。可以看出，该PWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化，称为SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）波形。
第二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。自20世纪70年代后期，各种自关断器件想运而生，它们包括可关断晶闸管（GTO）、电力晶闸管（GTR）、功率场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能
第三代逆变电源实时反馈控制技术，使逆变电源性能得到提高。实时反馈控制技术是针对第二代逆变电源非线性负载适应性不强及动态特性不好的的缺点提出来的，它是最近十年发展起来的的新型电源控制技术，目前仍在不断完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。
analytical.To ensure the parameterto chose one kind of best fit program.The output frequence is confirmed by voltage and resistance ect.
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
实验四单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验
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 1 2 3 4 5 型号 DJK01 电源控制屏 DJ21-1单相电阻启动异步电动机双踪示波器万用表备注该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
自备自备 DJK11 单相异步电机SPWM变频调速或DJK14单相交直交变频原理三、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: 60f1n?(1?s)?no(1?s) p其中f1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f1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E1?4.44f1ωK1φE11φ?() f14.44ωK11在忽略定子阻抗压降的情况下，E1≈U1φ?U1?C,其中c?为常数。
f4.44ωK1 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U1，即保证φ?U1?常数。
f1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。
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。
单相正弦波逆变电源设计原理
单相正弦波逆变电源设计原理+电路+程序目录1.系统设计 (4)1.1设计要求 (4)1.2总体设计方案 (4)1.2.1设计思路 (4)1.2.2方案论证与比较 (5)1.2.3系统组成 (8)2.主要单元硬件电路设计 (9)2.1DC-DC变换器控制电路的设计 (9)2.2DC-AC电路的设计 (10)2.3 SPWM波的实现 (10)2.4 真有效值转换电路的设计 (11)2.5 保护电路的设计 (12)2.5.1 过流保护电路的设计 (12)2.5.2 空载保护电路的设计 (13)2.5.3 浪涌短路保护电路的设计 (14)2.5.4 电流检测电路的设计 (15)2.6 死区时间控制电路的设计 (15)2.7 辅助电源一的设计 (15)2.8 辅助电源二的设计 (15)2.9 高频变压器的绕制 (17)2.10 低通滤波器的设计 (18)3.软件设计 (18)3.1 AD转换电路的设计 (18)3.2液晶显示电路的设计 (19)4.系统测试 (20)14.1测试使用的仪器 (20)4.2指标测试和测试结果 (21)4.3结果分析 (24)5.结论 (25)参考文献 (25)附录1 使用说明 (25)附录2 主要元器件清单 (25)附录3 电路原理图及印制板图 (28)附录4 程序清单 (39)21.系统设计1.1设计要求制作车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输入单路12V直流，输出220V/50Hz。
满载时输出功率大于100W，效率不小于80%，具备过流保护和负载短路保护等功能。
1.2总体设计方案1.2.1设计思路题目要求设计一个车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输出电压波形为正弦波。
设计中主电路采用电气隔离、DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，利用对逆变原件电力MOSFET的驱动脉冲控制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。
1.2.2方案论证与比较⑴ DC-DC变换器的方案论证与选择方案一：推挽式DC-DC变换器。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变
实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一．实验目的1．熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2．熟悉ICL8038的功能。
3．掌握SPWM 波产生的基理。
4．分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验所需挂件及附件 序号型号 备注 1DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等模块 2DJK09单相调压与可调负载 该挂件包含“单相自耦调压器”等模块 3DJK14 单相交直交变频原理 4双踪示波器 5 万用表三．实验线路及原理采用SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。
1．主电路部分如图3-20所示，交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）； 逆变部分(DC/AC)由四只IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC 低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下，可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
1．驱动电路如图3-21（以其中一路为例）所示，采用IGBT 管专用驱动芯片M57962L ，其输入端接控制电路产生的SPWM 信号，其输出可用以直接驱动IGBT 管。
其特点如下： ①采用快速型的光耦实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通讨检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流，过流时AC/DC （整流） DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图IGBT 管CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光耦TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路(见图3-22)，使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
3．控制电路控制电路如图3-23所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波U r ，另一片用以产生三角载波U c ，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m ，即SPWM 波。
单相正弦波PWM逆变电路
单相正弦波PWM逆变电路1、单相逆变原理如图(1)所示为单相逆变电路的基本原理，当开关管VT1和VT4导通而VT2和VT3关断时，输出的电压为正的方波电压；当开关管VT2和VT3导通而VT1和VT4关断时，输出的电压为负的方波电压，从而实现了直流电压到交流电压的变换，这就是逆变器的基本思路。
图（1）单相逆变电路对于单相逆变电路，其调制的方法有很多，通常有方波调制方法、斩控调制方法、阶梯波调制方法。
方波调制方法的控制比较简单，但输出的交流谐波较大，因此很少使用；阶梯波调制方法的使用需要将多组的单相逆变器进行移相叠加组合，从而获得相应的交流阶梯波形，该方法只有在大功率场合使用；斩控调制方法是指在一定的开关调制频率条件下，调制脉冲的幅值恒定，而调制脉冲的宽度可变，一般调制波形的宽度按正弦分布，则称为正弦脉冲宽度调制（SPWM）。
2、仿真图(2) 单相逆变仿真图在本实验的仿真中采用SPWM进行调制，其有三种控制方案：单极性SPWM控制、双极性SPWM控制、倍频单极性SPWM控制，我们主要对单极性SPWM控制、双极性SPWM 控制进行仿真，并通过仿真波形进行比较分析。
仿真中单相逆变仿真图如图(2)所示，仿真参数V i =100V ，电感为2mH ，纯阻性时电阻为5Ω，阻感性时电阻设为1Ω，输出的电流为I o 。
2.1单极性调制2.1.1单极性控制原理所谓单极性SPWM 控制是指逆变器的输出脉冲具有单极性特征。
为实现单极性SPWM 控制，根据单相电压型正弦波逆变器的电路桥臂控制功能的不同，可将其分为周期控制桥臂和调制桥臂。
当负载为纯阻性，输出的电压和输出的电流波形相同，只是幅值不同。
当负载为阻感负载时，在输出电压的正半周期，让VT1保持通态，VT2保持断态，VT3和VT4交替通断。
由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周，电流有正有负。
在电流为正的的区间，VT1和VT4导通，负载电压等于输入电压U i ；VT4关断时，负载电流通过V1和VT3续流负载电压为0。
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
单相正弦脉宽调制逆变电源
目录概述 (1)1 PWM波形工作原理 (2)1.1PWM波形的基本原理 (2)1.2PWM型逆变电路的控制方式 (4)1.2.1异步调制 (4)1.2.2同步调制 (4)1.3SPWM波形的生成方法 (4)2系统结构及框图 (5)2.1构成主电路的变换器 (5)2.1.1 BOOST升压斩波电路 (5)2.1.2 全桥式逆变器的工作原理 (7)2.2主电路工作原理 (7)3 控制及保护电路 (8)3.1SG3524的功能及引脚 (8)3.2利用SG3524芯片生成SPWM波形 (9)3.3驱动电路设计 (9)3.4过电流保护 (10)3.5反馈调压电路 (10)4 实验及结果 (11)4.1实验电路 (11)4.2实验结果 (11)5 结论 (13)设计体会 (14)参考文献 (15)概述当铁路、冶金等行业的一些大功率非线性用电设备运行时，将给电网注入大量的谐波，导致电网电压波形畸变。
根据实验观察，在发生严重畸变时，电压会出现正负半波不对称，频率会发生变化的现象。
这样的供电电压波形，即使是一般的电力用户，也难以接受，更无法用其作为检修、测试的电源。
同时，在这种情况下，一般的稳压电源也难以达到满意的稳压效果。
现代电源技术是综合应用了电力电子、电子与电磁技术、自动控制及微处理器技术的一种多学科技术。
随着电子电源的集成化、模块化、智能化的发展，功率集成技术已模糊了整机与器件的界限。
单片电源和模块电源已取代了整机电源在一些技术中获得广泛应用，并且派生出新的供电体系即分布供电，它使单一的集中供电体系走向多元化。
进入八十年代后，现代电源技术随着IGBT、大功率MOSEFET、GTO等新元器件出现，谐振变流、软开关、电路拓扑等新理论的支持，功率因数校正、并联均流、有源箱位、微机监控等技术的应用，使现代电源技术逐渐走向高频化。
高频化带来的直接好处是使电源装置空前小型化，并使电子电源进入更广泛的领域。
现代电源技术研究总趋势是交流电源以PWM 调制为主，不断提高网侧功率因数，实现功率因数近似为1的电源，并向大功率推进；直流电源以开关方式为主流，扩大输出电压范围和稳定的多路电压控制；进一步提高开关频率和功率密度，提高可靠性，降低电磁干扰和增强抗干扰能力，并使电源模块朝着超薄型和微型化发展。
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（3）改变正弦调制波信号Ur的频率，再测量三角载波Uc的频
率，判断是同步调制还是异步调制，结果记录于表5-4中； （4）比较“PWM+”，“PWM-” 和“SPWM1”，“SPWM2”
的区别，仔细观测同一相上下两管驱动信号之间的死区延迟
时间。
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3．单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路调试 (1)观察SPWM波形 为了便于观察SPWM波，面板上设置了“测试”和“运行” 选择开关，在“测试”状态下，三角载波Uc的频率为180Hz 左右,此时可较清楚地观察到异步调制的SPWM波，通过示 波器可比较清晰地观测SPWM波，但在此状态下不能带载运 行，因载波比N太低，不利于设备的正常运行。在“运行” 状态下，三角载波Uc频率为10kHz左右, 因波形的宽窄快速 变化致使无法用普通示波器观察到SPWM波形，通过带储存 的数字示波器的存储功能也可较清晰地观测SPWM波形。 将DJK14挂箱面板左侧的钮子开关拨到“测试”位置，用示 波器观察测试点波形。
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（二）PWM变频电路的调制控制方式
在PWM变频电路中，载波频率fc与调制信号频率fr之比称 为载波比，即N=fc/fr。根据载波和调制信号波是否同步， PWM逆变电路有异步调制和同步调制两种控制方式 1．异步调制控制方式 当载波比N不是3的整数倍时，载波与调制信号波就存在不同 步的调制，就是异步调制三相PWM，如fc＝10fr，载波比 N=10，不是3的整数倍。在异步调制控制方式中，通常fc固
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同步调制三相PWM波形
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三、项目实施 （一）单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路
1．认识单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路 单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路路由主电路、驱动 电路和控制电路三部分组成。 （1）主电路
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（2）双极性PWM控制方式工作原理
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2．三相桥式PWM变频电路的工作原理
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定不变，逆变输出电压频率的调节是通过改变fr的大小来实
现的，所以载波比N也随时跟着变化，就难以同步。
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2．同步调制控制方式
在三相逆变电路中当载波比N为3的整数倍时，载波与 调制信号波能同步调制。
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Ud 2 U - d 2
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（2）驱动电路
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（3）过电流保护电路
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（4）控制电路
+5
7
1 7 8 10 S ADJ T RI W F M BIAS FM SW T IM CAP S IN W S QU W VCC DADJ V OR GND S ADJ DADJ 5 3 3
Um LM311
+5 V 14 RC Q 10
7
3 1 7 8 10 S ADJ T RI W F M BIAS FM SW T IM CAP S IN W S QU W VCC DADJ V OR GND S ADJ DADJ 3
8
4 1
5
2 9 6 4 -5 +5
15
PWM+5
C A B CL R Q
8
6 2 2 +5 V 2 RC Q 6
4 1
5
9 6 4
-5 +5 +5 V +5
1
11 12
PWM+ 4
5 3
C A B CL R Q
PWM+
7
&
&
SPWM1
74HC08:A STOP
-5
8038
+5 +5
74HC08:B
Ur Uc
6 2
74HC04:A 74HC04:B
2 3 + 7
4528
-
74HC08:C PWM9
74HC08:D
&
12 11 13
&
SPWM2 COM
-1 5
11 12
5
4528
8038
-5
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2．单相正弦波脉宽调制SPWM逆变控制电路调试 主电路不接直流电源，打开控制电源开关，并将DJK14挂箱 左侧的钮子开关拨到“测试”位置。 （1）观察正弦调制波信号Ur的波形，测试其频率可调范围， 记录于表5-4中； （2）观察三角载波Uc的波形，测试其频率，记录于表5-4中；
电力电子技术
2010年6月
长沙民政职业技术学院电子信息工程系
项目十一 变频器逆变电路
【学习目标】 · 熟悉PWM控制的基本原理。 · 掌握脉宽调制（PWM）型逆变电路工作原理。 · 了解脉宽调制（PWM）型逆变电路的控制方式。 · 在小组合作实施项目过程中培养与人合作的精神。 一、项目分析 PWM控制技术是变频技术的核心技术之一，1964年首先把这项 技术应用到交流传动中，上世纪80年代，随着全控型电力电子 器件、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法 的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，为交流传动的推广 应用开辟了新的局面。那么，什么是PWM技术？PWM控制的基 本原理是什么？PWM逆变电路的工作原理是怎样？PWM逆变电 路采用什么样的控制方式？下面来介绍相关知识
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具体的实例说明“面积等效原理”
冲量相等的各种窄脉冲的 响应波形
u (t)－电压窄脉冲，是电路的输入。 i (t)－输出电流，是电路的响应。
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如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
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SPWM波
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二、相关知识 （一）PWM控制的基本原理 重要理论基础——面积等效原理 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。 冲量 效果基本相同
f (t) f (t)
窄脉冲的面积
环节的输出响应波形基本相同
f (t) f (t) d (t)
O
t t O t O c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数 a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
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SPWM波
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1．单相桥式PWM变频电路工作原理
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（1）单极性PWM控制方式工作原理
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