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正弦波控制器的原理依据

作者:nest      浏览次数:266     发布时间:2014-02-14

正弦波控制器的原理依据

PWM控制基本原理依据:

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相同。PWM控制原理, 将波形分为6等份,可由6个方波等效替代。脉宽调制的分类方法有多种,如单极性与双极性, 同步式与异步式,矩形波调制与正弦波调制等。单极性PWM控制法指在半个周期内载波只在一个方向变换,所得PWM波形也只在一个方向变化,而双极性PWM控制法在半个周期内载波在两个方向变化,所得PWM波形也在两个方向变化。根据载波信号同调制信号是否保持同步,PWM控制又可分为同步调制和异步调制。矩形波脉宽调制的特点是输出脉宽列是等宽的, 只能控制一定次数的谐波;正弦波脉宽调制的特点是输出脉宽列是不等宽的,宽度按正弦规律变化,输出波形接近正弦波。正弦波脉宽调制也叫SPWM。根据控制信号产生脉宽是该技术的关键。目前常用三角波比较法、滞环比较法和空间电压矢量法。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

正弦波脉宽调制(SPWM)

1.SPWM的概念

工程实际中应用最多的是正弦PWM法(简称SPWM),它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波,每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替,于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。各矩形脉冲的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脉宽:因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的,所以当它与某一光滑曲线相交时,可得到一组幅值不变而宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例,则也可生成SPWM波形。在工程应用中感兴趣的是基波,假定矩形脉冲的幅值Vd恒定,半周期内的脉冲数N也不变,通过理论分析可知,其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系

在进行脉宽调制时,使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时,脉冲的宽度也最大,而脉冲间的间隔则最小。反之,当正弦值较小时,脉冲的宽度也小,而脉冲间的间隔则较大,如图5 3所示;这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小,称为正弦波脉宽调制。 sPwM方式的控制方法可分为多种。从实现的途径可分为硬件电路与软件编程两种类型;而从工作原理上则可按调制脉冲的极性关系和控制波与载波间的频率关系来分类。按调制脉冲极性关系可分为单极性sPwM和双极性sPwM两种。

3.双极性SPWM法

双极性控制则是指在输出波形的半周期内,逆变器同一桥臂中的两只元件均处于开关状态,但它们之间的关系是互补的,即通断状态彼此是相反交替的。这样输出波形在任何半周期内都会出现正、负极性电压交替的情况,故称之为双极性控制。与单极性控制方式相比,载波和控制波都变成了有正、负半周的交流方式,其输出矩形波也是任意半周中均出现正负交替的情况

4.SPWM生成方法

正弦脉宽调制波(SPWM)的生成方法可分为硬件电路与软件编程两种方式。按照前面讲述的PWM逆变电路的基本原理和控制方法,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对功率开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波形。但这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制。微机控制技术的发展使得用软件生成的SPWM波形变得比较容易,因此,目前SPWM波形的生成和控制多用微机来实现。


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