【文章內(nèi)容簡介】 到擾動，同時輸出 PWM 波和基波相比，前面所提到的沖量（面積）明顯不一致，并且對于三相 PWM 型逆變電路來說，其輸出波形也收到嚴重影響，其對稱性也被嚴重破壞。因此，在異步調(diào)制時，為了在高頻響應時，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 rf 變化，載波比 N 也保持不變，即 N 是不武漢科技大學本科畢業(yè)論文 7 變的，載波和基波的頻率保持一致， 所以，一個周期內(nèi)的輸出波形數(shù)量是保持不變的。在三相 PWM 逆變電路中，一般公用一個三角波作為載波，如本設計中就是如此，公用一個三角波載波， 2 個不同的基波。這樣可以使三相輸出波形嚴格對 稱 ，從而跟容易計算。為了使讀者更加容易理解。這里給出了如圖 所示，同步調(diào)制時 N=9 時的三相 PWM 波形。 當電路輸出頻率很低時，由于在同步調(diào)試下載波頻率與基波頻率的比值應該保持一致，所以此時 cf 也很低，然而當 cf 過低時，容易產(chǎn)生不 利的影響。相應的，同步調(diào)試的頻率在當輸出頻率很高時也會變得非常高，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確定基波與載波 的交點，開通和關斷開關，控制電壓的波形。如圖 所示，當用三角波作為載波對在其頂點或低點的位置對正弦波進行采樣時，脈寬就可以由階梯波與三角波的交點來確定，由于在一個載波周期內(nèi)交點的位置是對稱的，這種方法稱為對稱規(guī)則采樣 [1]。 武漢科技大學本科畢業(yè)論文 8 圖 規(guī)則采樣法生成 SPWM 波的原理圖 假設三角波的幅值為 1,正弦函數(shù)為 ? ?sinrU M wt? ， M 為調(diào)制度且0M1，由圖中Δ ABC ∽ Δ EDA 得， AB/BC=ED/DA，代入后可得： ? ?21 sin 222cM wttT? ? 其中， cT 為三角載波周期， 2t 為脈沖寬度。 所以矩形波開通時間為： ? ?? ?21 s i n2 cM w t Tt ?? 將上式離散化后可得： 22sin( ) 1)2lM Nt? ?? 式中， cT 為 周期， l 為第 l 個 SPWM 波， N 為采樣的總個數(shù) 武漢科技大學本科畢業(yè)論文 9 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 圖 單相橋式 PWM 逆變電路 單極性 PWM控制方式 PWM 逆變電路（調(diào)制法） 電路工作過程 a）工作時 1V 和 2V 在一個時刻只有一個是開通，另外一個是關斷的，同理 3V 和4V 也一樣，比如在 0U 負半周， 3V 導通， 4V 關斷， 1V 和 2V 隨著時 間的變化一個開通，一個關斷。 b）負載電流落后于電壓，即電壓比電流要先到達零點，在電壓大于零的時候，負載電流有大于零的部分也有小于零的部分，在負載電流大于零的時候， 1V和 2V 導通時， 0 dUU? 。 4V 關斷時，通過 1V 的電流不能再流向 4V ，只能經(jīng)過電組，電感，和 第三個 二極管回流， 0U =0。此時，當電流減下到 0 以下后，仍為 1V 和 4V導通時，因為 0i 小于零，故 0i 只能從第四個二極管流經(jīng)電感，電阻，到第一個二極管，此時仍有 0 dUU? 。當 4V 關斷 ， 3V 開通后， 0i 只能從 3V 流向電感和 電阻，再到 第一 個二極管回流，此時 0U =0。據(jù)上所述，如論是哪一種關斷組合， oU 都是高電平和 0 之間的一種。同理在 0U 的負半周，在 2V 開通 1V 關斷的狀態(tài)下， 3V 和4V 在一個時刻一定是有一個開通，另外一個關斷，無論是哪一種情況，負載電壓武漢科技大學本科畢業(yè)論文 10 都只能是負電平和零電平的一種。 如圖 所示，調(diào)制信號 ru 為標準的正弦波，有正有負，而這里的載波三角在基波大于 0 的區(qū)間只有正半軸幅值，而在基波小于 0 區(qū)間只有負半軸幅值。 a)在 ru 的正半周時， 1V 保持通態(tài)， 2V 保持斷態(tài)， 當 rcuu? 時，使 4V 導、 3V 關斷， 0 duu? 。 當 rcuu? 時，使 4V 關斷、 3V 導通， 0 0u ? 。 b)在 ru 的負半周時， 1V 保持斷態(tài)， 2V 保持通態(tài)。當 rcuu? 時，使 3V 導通、 4V關斷， 0 duu?? 。當 rcuu? 時，使 3V 關斷、 4V 導通， 0 0u ? 。 圖 單極性 PWM 控制方式波形 雙極性 PWM 控制方式 如圖 所示，雙極性 PWM 控制方式也是和單極性 PWM 控制方式是通過在基波 正弦波和三角波交點時刻控制各開關器件的通斷，來控制電壓的正負，以及控制其導通時間，即占空比，但是不同的是它的載波三角波是雙極性的，是有正有負的。 a）如圖所示的三角波 載波，不像單極性的三角波載波一樣只有正幅度，雙極性的三角波載波還有負幅度，因此，所得的 PWM 波也不像單極性下只有正幅度，而是在正負之間交替變化的，因此它的電位只在正電位和負電位之間變化。 b)在 ru 的正負半周期內(nèi)，對三極管和二極管的控制和單極性方式一樣。 c）當 rcuu? 時， 1V 和 4V 導通， 2V 和 3V 關斷，這時如 0i 0，則 1V 和 4V 通，如 0i 0，則 1VD 和 4VD 通，不管哪種情況都是 0 dUU? .當 rcuu? 時， 2V 和 3V 導通， 1V和 4V 關斷，這時如 0i 0，則 2V 和 3V 通，如 0i 0，則 2VD 和 3VD 通，不管哪種情況都武漢科技大學本科畢業(yè)論文 11 是 0 duu?? 。 圖 雙極性 PWM 控制方式波形 武漢科技大學本科畢業(yè)論文 12 4 基于 MATLAB 的分析以及交點計算 MATLAB 簡介 MATLAB 是美國 mathworks 公司開發(fā)的目前國際上應用最廣泛，最受歡迎的商業(yè)工程計算軟件，其數(shù)學運算能力強大，并集成了二維和三維圖形功能，并提供了一種高級編程語言，因此可以用于矩陣運算、完成相應數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值可視化的工作，主要包括 Matlab 和 Simulink 兩大部分。 Matlab 是矩陣實驗室（ MatrixLaboratory）的簡稱， sMathmatica 和 Maple 并稱為三大數(shù)學軟件。由于我們可以用 畫出各種圖形，并且在一個界面畫出多個圖形，設定每個圖形的顏色，畫圖線段的方式如實線，點畫線，虛線，并且能夠在旁邊注解，除此以外，它還可以滿足各種計算要求，圖像處理功能強大，易于操作，對一些控制過程進行仿真，調(diào)控，優(yōu)化等等一系列優(yōu)點，所以 在系統(tǒng)的設計，分析以及仿真， 和更多領域中都要用到。 查表產(chǎn)生 SPWM 波理論分析 當 SPWM 采用頻率剛好是基波的整數(shù)倍時，可得到與基波效果近似的輸出波形。 查表法就是根據(jù) Matlab 計算基波和載波的交點從而通過計算可以得到輸出矩形波形的高電平和低電平的持續(xù)時間，即占空比，從而在 c 語言編程時用數(shù)組來表示高低電平持續(xù)時間，通過編寫對應程序來查表進而在中斷程序中賦予定時器初值，當中斷溢出時，電平翻轉(zhuǎn)從而就可以控制輸出端口高低電平持續(xù)時間，從而產(chǎn)生 SPWM 波。如圖 所示，本設計采用的雙極性 PWM 控制方式。 圖 查表法原 理采用的雙極性控制方式 武漢科技大學本科畢業(yè)論文 13 根據(jù)上敘對 Matlab 的介紹，我們知道 Matlab 是一個處理圖形，分析計算的非常強大的軟件。在本次設計中就需要計算正弦波與三角波的交點，因此 控制通過使用 對交點的值，以及其持續(xù)時間進行計算，可以快速方便的得結果。在判斷 2 個波形之間的交點時，可以借助數(shù)學領域上的知識來給定。所謂交點，就是在交點附近時刻兩函數(shù)之差值的絕對值趨于 0 或許某一精度，而在交點附近的極小區(qū)域，離交點越遠，差值的絕對值逐漸增大 [2]。 Matlab 計算程序 及仿真圖形結果 以下子程序為計算交點的 程序，多 次選擇精度后，當設置此精度 prec 時，效果最理想 ,載波數(shù)據(jù)1 1( 2 * * * 1 0( ) , 0 . 5 )1000L s a w t o o t h p i f x???；〝?shù)據(jù)2 3 * s i n ( 2 * * * )4L p i f x?,3 4 s i n ( 2 * * * )9L p i f x?, ??it為交點時刻數(shù)據(jù)。 f=50。 step = 。 from = 0。 to = 。 % plot x=from:step:to。 L1=sawtooth(2*pi*10*f*(x+1/1000),)。%三角波載波 L2 =3*sin(2*pi*f*x)/4。%正弦波基波 L3 =4*sin(2*pi*f*x)/9。%正弦波基波 plot(x,L1,39。blue39。,x,L2,39。red39。,x,L3,39。magenta39。)。%畫出基波和載波 legend({39。L139。,39。L239。,39。L339。},39。location39。,39。NorthWest39。)。%注釋放在左上方 title({39。 曲線交點圖 39。, 39。L1=sawtooth(2*pi*10*f*(x+1/1000),)39。,39。L2=3*sin(2*pi*f*x)/439。,39。L3 =4*sin(2*pi*f*x)/939。})。%標題 xlabel(39。x39。)。%x 軸 ylabel(39。y39。)。 %找交點 mCount = 0。 n=0。 m=0。 prec=。 武漢科技大學本科畢業(yè)論文 14 display(strcat(39。L1 與 L2 曲線的交點 :39。))。 for n=1:length(x) if(abs(L1(n)L2(n)) prec) %找 2 個波的交點 mCount = mCount + 1。 m=m+1。 t(m)=x(n)。 display(strcat(39。第 39。,num2str(mCount),39。交點是 :39。))。 if mCount==1 display(strcat(39。(39。,num2str(x(n)),39。,39。,num2str(L1(n)),39。)39。)) else display(strcat(39。(39。,num2str(x(n)),39。,39。,num2str(L1(n)),39。) ，第 39。,num2str(mCount),39。 與39。,num2str(mCount1),39。交點電平持續(xù)時間： 39。,num2str(t(m)t(m1)),39。ms39。))%顯示高或低電平持續(xù)時間 end lh = line([x(n) x(n)],[min(min(L1),min(L2)) L1(n)])。 %橫坐標 set(lh,39。color39。,39。green39。)。 set(lh,39。LineStyle39。,39。39。)。 text(x(n),L1(n),strcat(39。P_39。,num2str(mCount),39。(39。,num2str(x(n)),39。,39。,num2str(L1(n))