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1、第二節(jié)正弦波脈寬調(diào)制SPWM控制法1．2．1正弦波脈寬調(diào)制SPWM逆變器結(jié)構(gòu)典型的交流-直流－交流逆變器的結(jié)構(gòu)如圖2-1-3所示。圖2-1-3：變壓變頻器主電路結(jié)構(gòu)圖圖2-1-3中，單相交流或三相交流供電經(jīng)非控全波整流，變成單極性直流電壓；該直流電壓經(jīng)有源或無(wú)源功率因素校正電路PFC（PowerFactorCorrect）得到直流母線電壓Udc，某些情況下功率因素校正電路可以省略。逆變器的核心電路是由六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件Q1-Q6構(gòu)成的三相逆變橋，每個(gè)橋有上下兩個(gè)橋臂；上橋臂上端接直流母線電壓正端（DC+），下橋臂下端接直流母線參考端（DC-）；對(duì)于交
2、流異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，為防止直通，上、下橋臂通常設(shè)置為互補(bǔ)工作方式：上橋臂導(dǎo)通時(shí)，下橋臂截止；下橋臂導(dǎo)通時(shí)，上橋臂截止。三橋臂中間輸出接至負(fù)載：三相感應(yīng)電機(jī)的UVW輸入端。功率開(kāi)關(guān)器件Q1-Q6可以是晶閘管GTO，雙極性功率晶體管BJT，金屬氧化膜功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET，絕緣柵型雙極性功率晶體管IGBT。IGBT具有開(kāi)關(guān)速度快、承載電流大、耐壓高、管耗小等特點(diǎn)，在電源逆變器中得到最為廣泛的應(yīng)用。對(duì)于感性負(fù)載（電機(jī)），為了保護(hù)IGBT，常需加續(xù)流二極管D1-D6，用以在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)形成電流回路。IGBT通常已與續(xù)流二極管封裝在一起。電容C用于能量緩沖，
3、可保持直流母線電壓Udc相對(duì)穩(wěn)定。為了在電機(jī)的UVW端線上輸入三相平衡的交流電，通常做法是依一定規(guī)則用PWM信號(hào)PWM1L-PWM3H去控制逆變器的六個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。所謂的正弦波SPWM（SinusoidallyPWM）技術(shù)，就是用正弦波去調(diào)制PWM信號(hào)的脈寬，即：功率管的輸出為一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，其寬度依正弦波規(guī)律變化；對(duì)交流輸出波形的幅度對(duì)稱性及相位要求不是非?？量痰膽?yīng)用來(lái)說(shuō)，PWM信號(hào)的頻率通常保持不變。這種控制策略也叫異步控制法，即載波信號(hào)的頻率獨(dú)立于調(diào)制波頻率。見(jiàn)圖2-1-4。SPWM也叫SWPWM（Sinusoidall
4、yWeightedPWM）。圖2-1-4SPWM波形圖中：Udc--直溜母線電壓；Um--正弦波基波的峰值，一般情況下，隨t2比例變化；t1--PWM信號(hào)的周期，通常為一固定值；t2--正弦波基波的周期。SPWM控制法的實(shí)現(xiàn)SPWM控制法實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)較為簡(jiǎn)單。先產(chǎn)生一個(gè)在時(shí)間與幅度上都離散的單位正弦序列，也叫正弦表，90°，180°，360°皆可，并存儲(chǔ)在程序空間里。這部分工作可借助于其他工具來(lái)完成，如OfficeExcel。正弦表的角度分辨率由實(shí)際應(yīng)用確定；對(duì)于一個(gè)完整的電周期（360°），1024個(gè)點(diǎn)能滿足大部分應(yīng)用的需求。正弦波生成時(shí)，有效樣
5、本點(diǎn)越多，電壓電流諧波越小，效果越好。確定正弦表長(zhǎng)度時(shí)，還需考慮的因素有：程序空間的大小，功率開(kāi)關(guān)管的速度（PWM信號(hào)頻率/載波頻率），PWM的有效分辨率，調(diào)速比等。正弦波頻率f，PWM信號(hào)頻率，有效樣本點(diǎn)數(shù)N之間的關(guān)系如下：式（2-2-1）應(yīng)用中，對(duì)應(yīng)正弦波最高頻率，如有可能，N應(yīng)不小于60?？紤]到連續(xù)變頻，正弦表長(zhǎng)度L可由下式計(jì)算得到：即：式（2-2-2）例2-2-1：一給定SPWM調(diào)速系統(tǒng)，載波頻率為10KHz，最高運(yùn)行頻率為120Hz，試確定正弦表的長(zhǎng)度。直接代入式（2-2-2）得：833同時(shí)由式（2-2-1）得：符合要求。取L=1024，
6、即正弦表的長(zhǎng)度為1024個(gè)點(diǎn)。由于正弦值的范圍是-1-1，實(shí)際存儲(chǔ)的通常是正弦值經(jīng)比例放大后的數(shù)據(jù)，對(duì)于DSPIC，可以放大16384（）倍（最高位用于表示極性）。產(chǎn)生SPWM正弦波的基本方法是用一組虛擬的三角形波與一個(gè)正弦波進(jìn)行比較（斬波）。受制于PWM的輸出方式（邊沿對(duì)齊），早期的斬波方案較多是采用鋸齒形的三角形波。隨著中心對(duì)齊的PWM的輸出方式的出現(xiàn)，現(xiàn)在應(yīng)用較多的是利用虛擬的等腰三角形波與一個(gè)正弦波進(jìn)行比較，如圖2-1-5所示。其相交的時(shí)刻（即交點(diǎn)）來(lái)作為開(kāi)關(guān)管“開(kāi)”或“關(guān)”的時(shí)刻。圖2-1-5：SPWM波生成方法圖中：t1–開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；t
7、2–開(kāi)關(guān)管截止。設(shè)定圖2-1-5表示的是U相電壓，結(jié)合圖2-1-3，t1對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通區(qū)間，t2對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管Q1截止區(qū)間。當(dāng)PWM工作在中間對(duì)齊模式（又稱連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式）時(shí)，可產(chǎn)生圖2-1-5中的虛擬等腰三角形波。對(duì)應(yīng)于每一次PWM中斷，更新t1。綜前所述，對(duì)于任一給定的正弦波頻率，正弦波輸出大致經(jīng)以下幾個(gè)步驟：步驟1：依據(jù)V/F曲線，確定調(diào)制系數(shù)m；步驟2：依據(jù)載波頻率確定相位步進(jìn)值；步驟3：每一次PWM中斷，依據(jù)相位步進(jìn)值，確定正弦表步進(jìn)值；步驟4：查正弦表，取正弦值，計(jì)算時(shí)間t1；步驟5：更新PWM占空比。以上我們討論的是一相正弦波的生成
8、方法。其他兩相正弦波的產(chǎn)生方法相同，只是相位上彼此相差120o，即所謂的三相平衡電。有效/無(wú)效窄脈沖對(duì)輸出諧波電流有較大的
