spwm波形簡介

　　SPWM（Sinusoidal PWM）法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。SPWM法就是以該結論為理論基礎，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區(qū)間內的面積相等，通過改變調制波的頻率和幅值則可調節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。

　　具體應用

　　SA8281型SPWM波發(fā)生器原理及在變頻器中的應用

　　脈寬調制技術通過一定的規(guī)律控制開關元件的通斷，來獲得一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，用以近似正弦電壓波形。脈寬調制技術在逆變器中的應用對現(xiàn)代電力電子技術?，F(xiàn)代調速系統(tǒng)的發(fā)展起到極大的促進作用。

　　近幾年來，由于場控自關斷器件的不斷涌現(xiàn)，相應的高頻SPWM（正弦脈寬調制）技術在電機調速中得到了廣泛應用。SA8281是MITEL公司推出的一種用于三相SPWM波發(fā)生和控制的集成電路，它與微處理器接口方便，內置波形ROM及相應的控制邏輯，設置完成后可以獨立產(chǎn)生三相PWM波形，只有當輸出頻率或幅值等需要改變時才需微處理器的干預，微處理器只用很少的時間控制它，因而有能力進行整個系統(tǒng)的檢測。保護和控制等。基于SA8281和89C52的變頻器具有電路簡單。功能齊全。性能價格比高?？煽啃院玫葍?yōu)點。

　　實施要求

　　（1）必須實時地計算調制波（正弦波）和載波（三角波）的所有交點的時間坐標，根據(jù)計算結果，有序地向逆變橋中各逆變器件發(fā)出“通”和“斷”的動作指令。

　?。?）調節(jié)頻率時，一方面，調制波與載波的周期要同時改變（改變的規(guī)律本文不作介紹）；另一方面，調制波的振幅要隨頻率而變，而載波的振幅則不變，所以，每次調節(jié)后，所有交點的時間坐標都必須重新計算。

　　要滿足上述要求，只有在計算機技術取得長足進步的20世紀80年代才有可能，同時，又由于大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，迄今，已經(jīng)有能夠產(chǎn)生滿足要求的SPWM波形的專用集成電路了。

　　spwm波形的生成方法

　　按照前面講述的PWM逆變電路的基本原理和控制方法，可以用模擬電路構成三角波載波和正弦調制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點，在交點時刻對功率開關器件的通斷進行控制，就可以生成SPWM波形。但這種模擬電路結構復雜，難以實現(xiàn)精確的控制。微機控制技術的發(fā)展使得用軟件生成的SPWM波形變得比較容易，因此，目前SPWM波形的生成和控制多用微機來實現(xiàn)。本節(jié)主要介紹用軟件生成SPWM波形的幾種基本算法。

　　1、自然采樣法

　　按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關器件的通斷，這種生成SPWM波形的方法稱為自然采樣法。正弦波在不同相位角時其值不同，因而與三角波相交所得到的脈沖寬度也不同。另外，當正弦波頻率變化或幅值變化時，各脈沖的寬度也相應變化。要準確生成SPWM波形，就應準確地算出正弦波和三角波的交點。

　　圖6.7給出了用自然采樣法生成SPWM波形的方法。

　　交點A是發(fā)出脈沖的時刻tA，交點B是結束脈沖的時刻tB，t2為脈寬，t1+t3為脈寬間歇時間，Tc=t1+t2+t3。為載波周期，M=Urm/Utm為調制度，Urm為調制波幅值，Utm為載波幅值。

　　設Utm=1，則Urm=M，正弦調制波為ur=Msinω1t，ω1為調制頻率，也是逆變器輸出頻率。由幾何相似三角形關系可得脈寬計算式t2=Tc/2［1+M/2（sinω1tA+sinω1tB）］

　　這是一個超越方程，tA、tB與載波比N和調制度M都有關系，求解困難，并且tl≠t3，計算更增加困難，這種采樣法不適宜微機實時控制。

　　2、規(guī)則采樣法

　　自然采樣法的主要問題是SPWM波形每個脈沖的起始和終了時刻tA和tB對三角波的中心線不對稱，使求解困難。如果設法使SPWM波形的每一個脈沖都與三角載波的中心線對稱，于是式（6.1）就可以簡化，而且兩側的間隙時間相等，即t1=t3，從而使計算工作量大為減輕。

　　規(guī)則采樣法有兩種，圖6.8（a）為規(guī)則采樣I法。其特點是：它固定在三角載波每一周期的正峰值時找到正弦調制波上的對應點，即圖中D點，求得電壓值Urd。用此電壓值對三角波進行采樣，得A、B兩點，就認為它們是SPWM波形中脈沖的生成時刻，A、B之間就是脈寬時間t2。規(guī)則采樣I法的計算顯然比自然采樣法簡單，但從圖中可以看出，所得的脈沖寬度將明顯地偏小，從而造成不小的控制誤差。這是由于采樣電壓水平線與三角載波的交點都處于正弦調制波的同一側造成的。

　　圖6.8（b）為規(guī)則采樣Ⅱ法。圖中仍在三角載波的固定時刻找到正弦調制波上的采樣電壓值，但所取的不是三角載波的正峰值，而是其負峰值，得圖中E點，采樣電壓為Ure。在三角載波上由Urt水平線截得A、B兩點，從而確定了脈寬時間t2。這時，由于A、B兩點坐落在正弦調制波的兩側，因此減少了脈寬生成誤差，所得的SPWM波形也就更準確了。

　　規(guī)則采樣法的實質是用階梯波來代替正弦波，使算法簡化。在規(guī)則法中，三角波每個周期的采樣時刻都是確定的，不作圖就可算出相應時刻的正弦波值。以規(guī)則采樣Ⅱ法為例，采樣時刻的正弦波值依次為Msinω1te、Msin （ω1te+Tc）、Msin （ω1te+2Tc）…，由幾何相似三角形關系可得脈寬計算公式t2=Tc/2（1+Msinω1te）

　　間歇時間t1=t3=1/2（Tc-t2）

　　實用的逆變器多是三相的，因此還應形成三相的SPWM波形。

　　三相的SPWM波形如圖6.9所示。三相正弦調制波互差120°，三角波是公用的。這時A相和B相脈沖波形相同，每相的脈寬時間ta2、tb2、tc2均可用式（6.2）計算。三相脈寬時間總和為ta2 +tb2+tc2一（3/2）Tc三相間隙時間總和為3Tc-（3/2）Tc一（3/2）Tc脈沖兩側間隙時間相等，ta1+tb1+tc1=ta3+tb3+tc3一（3/4）Tc。