【正文】 段，第一個(gè)發(fā)展階段是采用晶閘管作為開關(guān)器件，然而由于晶閘管抗干擾性差，容易發(fā)生錯(cuò)誤的導(dǎo)通，并且它的動(dòng)態(tài)過(guò)度能力差，容易在預(yù)計(jì)關(guān)閉導(dǎo)通的地方繼續(xù)導(dǎo)通，所以這個(gè)時(shí)代很快的就結(jié)束了。第二個(gè)階段是采用自動(dòng)關(guān)斷器件作為開關(guān)器件，第三個(gè)階段是采用實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)，使逆變電源的性能得到提高。近年來(lái)，由于單邊機(jī)體積小，功能多，又便宜，集成度又高，所以人們對(duì)單片機(jī)的研究越來(lái)越深入，并且單片的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，使得人們看好兩者之間的結(jié)合，于是開始對(duì)基于單片機(jī)的SPWM控制系統(tǒng)也開始進(jìn)行研究。所以，基于單片機(jī)的SPWM控制系統(tǒng)的研究是非常必要的。 研究目的及內(nèi)容所謂PWM控制技術(shù)，是一種能夠控制電壓幅值、控制頻率大小以及消除高次諧波的一門技術(shù)，它通過(guò)利用開關(guān)器件的開通和關(guān)斷能把直流電壓變成具有一定形狀的電壓脈沖序列[1]。長(zhǎng)久以來(lái)，人們對(duì)自關(guān)斷器件的研究已經(jīng)發(fā)展到一定地步，其為PWM技術(shù)的發(fā)展鋪平了道路，并且PWM技術(shù)可以改善輸出波形，從而減小脈動(dòng)、降低諧波損耗，同時(shí)使逆變器的結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單，使調(diào)節(jié)速度變快，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能更好。所以當(dāng)代幾乎所有的變頻調(diào)速裝置都是采用PWM技術(shù)。PWM技術(shù)可以通過(guò)對(duì)晶閘管，二極管，場(chǎng)效應(yīng)管的控制不僅可以把直流電轉(zhuǎn)換為交流，也可以把交流電轉(zhuǎn)化為直流電，人們對(duì)PWM整流器的開發(fā)研究已經(jīng)取得很大進(jìn)展，利用PWM技術(shù)以實(shí)現(xiàn)把直流電流轉(zhuǎn)化成正弦化的電流，且使其電網(wǎng)的有用功功率非常高。所以、PWM整流器被人們稱為對(duì)電網(wǎng)控制無(wú)污染的“綠色”變流器。脈沖寬度調(diào)制技術(shù)是一種根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管溝道內(nèi)的載荷的變化來(lái)調(diào)制場(chǎng)效應(yīng)管正偏或反偏，根據(jù)晶體管導(dǎo)通時(shí)間來(lái)決定輸出電壓的幅值，這樣就不需要時(shí)時(shí)刻刻改變輸入電壓的幅值，僅僅只需要改變開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間，這樣就可以穩(wěn)定的調(diào)節(jié)輸出電壓，從而使對(duì)電壓的調(diào)節(jié)更加方便，更加穩(wěn)定。近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的研究越來(lái)越深入，數(shù)字PWM控制技術(shù)已逐漸取代了模擬PWM控制技術(shù)，已成為電力電子設(shè)備中使用的主要技術(shù)。由于PWM技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，使得交流電機(jī)調(diào)速性能不斷提高的。其中，三個(gè)開發(fā)規(guī)則的疊加空間矢量PWM控制方法被廣泛采用的準(zhǔn)最優(yōu)PWM控制方法的人采樣PWM控制方式和電壓諧波的基礎(chǔ)上，和這兩種控制方法可以很容易地控制，計(jì)算簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。脈寬調(diào)制技術(shù)是根據(jù)各個(gè)負(fù)載調(diào)制FET柵極或集體管理的基極偏置的變化是正向偏置或反向偏置晶體管的開啟時(shí)間根據(jù)模擬開關(guān)電源電路的輸出控制模式，該模式可使電源電壓的變化輸出電壓時(shí)鐘穩(wěn)定的條件下，在工作方式改變是利用微處理器以離散模擬電路控制的非常有效的技術(shù)的數(shù)字輸出。本次研究的目的就是利用單片機(jī)產(chǎn)生SPWM波。，2 主電路工作原理 PWM控制的基本原理PWM控制的基本原理：形狀不同當(dāng)時(shí)波形隨時(shí)間的積分即面積或者說(shuō)是沖向相等的輸入脈沖波形經(jīng)過(guò)慣性環(huán)節(jié)可以或得獲得的輸出波形幾乎一樣，既輸出環(huán)節(jié)的響應(yīng)基本相同。如果把各輸出波形在傅里葉變換后進(jìn)行分析，則可以看出其低頻段非常接近原有波形，僅在高頻段略有不同[1]。，電壓隨時(shí)間的積分大小為1個(gè)三個(gè)脈沖， (a)所示的同一個(gè)RL環(huán)節(jié)上時(shí)，則其輸出響應(yīng)波形基本相同。其中脈沖為沖激脈沖函數(shù)時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為（d）圖的電路輸出與輸入之比的系統(tǒng)函數(shù)。（b）所示。 （a） (b) (c) (d) 沖量相等、形狀不同的窄脈沖（a） （b） 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖及響應(yīng)波形 SPWM法的基本原理脈沖幅值相等并且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化并與正弦波等效的PWM波稱為SPWM(sinusoidal PWM)波形[1]。，通過(guò)對(duì)如圖的波形的截止頻率除以一個(gè)確定數(shù)據(jù)后，如K，就可以分成K個(gè)等份，它可以被認(rèn)為是由K個(gè)靠在一起的矩形脈沖所組成的波形，這些幅值不相等的脈沖波形的寬度個(gè)個(gè)都相等。如果把它用如圖所示的幅值相等，而脈沖寬度個(gè)個(gè)不相等的矩形脈沖來(lái)代替這些脈沖序列，使矩形脈沖和正弦波部分的中點(diǎn)重合，并且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，則可得到如圖所示的矩形脈沖序列，這就是SPWM波形[1]。一般使用的PWM開關(guān)技術(shù)逆變器具有一個(gè)直流輸入電壓，它通常幅度恒定。逆變器的工作是控制該輸入電壓和輸出交流的幅度和頻率。有跡象表明，脈沖寬度調(diào)制可以被輸出是交流電源的模型通過(guò)許多不同的方式實(shí)現(xiàn)。一種常用技術(shù)稱為正弦脈寬調(diào)制技術(shù)。為了輸出一個(gè)正弦波形在一個(gè)特定的頻率下特定的正弦控制信號(hào)頻率，一般需要與一個(gè)三角波形相比較。在使用SPWM波進(jìn)行調(diào)制時(shí)，畸變系數(shù)和低次諧波被顯著降低。 用PWM波來(lái)代替正弦半波 PWM控制方法 計(jì)算法 計(jì)算法就是在知道輸出波形的頻率，幅值，以及半個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)之后，計(jì)算出他們離散的寬度和間距的實(shí)際值，從而準(zhǔn)確的控制開關(guān)的通斷時(shí)間，來(lái)控制PWM波的占空比，得到所需要的波形[1]。 調(diào)制法調(diào)制是以基波作為調(diào)制信號(hào)，把接收到的調(diào)制信號(hào)作為載體，通過(guò)調(diào)節(jié)基波以獲得所需的輸出波形。，由于對(duì)稱的等腰三角形波有著線性關(guān)系的高度和寬度，所以可以在任何一個(gè)的基波與載波的交點(diǎn)，通過(guò)對(duì)電路接通和斷開開關(guān)器件，來(lái)控制電平高低，以獲得更平緩調(diào)制信號(hào)，并且到的脈沖寬度與信號(hào)振幅成正比，這正好符合PWM控制的要求，所以三角波用得較多。 同步調(diào)制和異步調(diào)制所謂載波比，就把載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之比 [1]，人們把PWM調(diào)制方式據(jù)基波與載波的變化情況是否一致分為載波比保持一致的調(diào)制方法和載波比不保持一致的兩種調(diào)制方式，即同步調(diào)制和異步調(diào)制。雖然同步調(diào)試模式比異步調(diào)試復(fù)雜得多，但是使用電腦容易實(shí)現(xiàn)控制。 異步調(diào)制所謂異步調(diào)制、就是調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的波形變化不保持同步，即初相和相位可能不同的調(diào)制方式。在異步調(diào)試方式下，載波頻率一般固定不變，所以當(dāng)信號(hào)波頻率 變化時(shí)，載波頻率與基波頻率的比是隨著的變化而變化的。隨之在信號(hào)波的2/T內(nèi)， 波的脈沖個(gè)數(shù)以及相位也會(huì)發(fā)生變化，致使正負(fù)半周期以及半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖個(gè)數(shù)和相位不對(duì)稱。而當(dāng)較低時(shí)，載波頻率與基波頻率的比值較大，致使脈沖數(shù)量較多，使得脈沖不對(duì)稱對(duì)波形的輸出影響不大，使得輸出 波的效果與正弦波相似。同理，當(dāng)變大時(shí)，載波頻率與基波頻率的比值減小，一個(gè)周期內(nèi)的波數(shù)減小， 脈沖波形不能夠保持對(duì)稱，致使輸出波形受到擾動(dòng)，同時(shí)輸出PWM波和基波相比，前面所提到的沖量（面積）明顯不一致，并且對(duì)于三相PWM型逆變電路來(lái)說(shuō)，其輸出波形也收到嚴(yán)重影響，其對(duì)稱性也被嚴(yán)重破壞。因此，在異步調(diào)制時(shí)，為了在高頻響應(yīng)時(shí)，載波和基波的頻率之比能夠很大，一般都使用較高頻率的載波。 同步調(diào)制所謂同步調(diào)試，就是載波比N等于常數(shù)，載波和基波的變化保持一致的方式。在基本的同步調(diào)試方式中，即使變化，載波比N也保持不變，即N是不變的，載波和基波的頻率保持一致，所以，一個(gè)周期內(nèi)的輸出波形數(shù)量是保持不變的。在三相PWM逆變電路中，一般公用一個(gè)三角波作為載波，如本設(shè)計(jì)中就是如此，公用一個(gè)三角波載波，2個(gè)不同的基波。這樣可以使三相輸出波形嚴(yán)格對(duì)稱，從而跟容易計(jì)算。為了使讀者更加容易理解。，同步調(diào)制時(shí)N=9時(shí)的三相PWM波形。當(dāng)電路輸出頻率很低時(shí)，由于在同步調(diào)試下載波頻率與基波頻率的比值應(yīng)該保持一致，所以此時(shí)也很低，然而當(dāng)過(guò)低時(shí)，容易產(chǎn)生不利的影響。相應(yīng)的，同步調(diào)試的頻率在當(dāng)輸出頻率很高時(shí)也會(huì)變得非常高，這樣，一般的開光器件不能在這么高的頻率范圍內(nèi)工作，所以一般不能在高頻率范圍內(nèi)使用。圖2..4 同步調(diào)制三相PWM波形 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法是一種與通過(guò)確定基波與載波的交點(diǎn)，開通和關(guān)斷開關(guān)，控制電壓的波形。，當(dāng)用三角波作為載波對(duì)在其頂點(diǎn)或低點(diǎn)的位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，脈寬就可以由階梯波與三角波的交點(diǎn)來(lái)確定，由于在一個(gè)載波周期內(nèi)交點(diǎn)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣[1]。 規(guī)則采樣法生成SPWM波的原理圖假設(shè)三角波的幅值為1,正弦函數(shù)為 ，M為調(diào)制度且0M1，由圖中ΔABC ∽ ΔEDA得，AB/BC=ED/DA，代入后可得： 其中， 為三角載波周期， 為脈沖寬度。所以矩形波開通時(shí)間為： 將上式離散化后可得： 式中， 為周期，l為第l個(gè)SPWM波，N為采樣的總個(gè)數(shù)3 單極性和雙極性PWM控制逆變電路分析 單相橋式PWM逆變電路 原理圖 單相橋式PWM逆變電路 單極性PWM控制方式（調(diào)制法）a）工作時(shí)和在一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)是開通，另外一個(gè)是關(guān)斷的，同理和也一樣，比如在負(fù)半周，導(dǎo)通，關(guān)斷，和隨著時(shí)間的變化一個(gè)開通，一個(gè)關(guān)斷。b）負(fù)載電流落后于電壓，即電壓比電流要先到達(dá)零點(diǎn)，在電壓大于零的時(shí)候，負(fù)載電流有大于零的部分也有小于零的部分，在負(fù)載電流大于零的時(shí)候，和導(dǎo)通時(shí)。關(guān)斷時(shí)，通過(guò)的電流不能再流向，只能經(jīng)過(guò)電組，電感，和第三個(gè)二極管回流，=0。此時(shí)，當(dāng)電流減下到0以下后，仍為和導(dǎo)通時(shí)，因?yàn)?小于零，故只能從第四個(gè)二極管流經(jīng)電感，電阻，到第一個(gè)二極管，此時(shí)仍有。當(dāng)關(guān)斷，開通后，只能從流向電感和電阻，再到第一