【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的 脈 沖 電 壓 的 面 積 與 所 希 望 輸 出 的 正 弦 波 在 相 應(yīng) 區(qū) 間 內(nèi) 的 面 積 相 等 ,通 過(guò) 改 變 調(diào) 制 波 的 頻 率 和 幅 值 則 可 調(diào) 節(jié) 逆 變 電 路 輸 出 電 壓 的 頻 率 和 幅 值 .該 方 法 的 實(shí)現(xiàn) 有 以 下 幾 種 方 案 . 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）101） 等 面 積 法 ： 該 方 案 實(shí) 際 上 就 是 SPWM法 原 理 的 直 接 闡 釋 ,用 同 樣 數(shù) 量 的 等 幅 而不 等 寬 的 矩 形 脈 沖 序 列 代 替 正 弦 波 ,然 后 計(jì) 算 各 脈 沖 的 寬 度 和 間 隔 ,并 把 這 些 數(shù) 據(jù) 存于 微 機(jī) 中 ,通 過(guò) 查 表 的 方 式 生 成 PWM信 號(hào) 控 制 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,以 達(dá) 到 預(yù) 期 的 目 的 .由于 此 方 法 是 以 SPWM控 制 的 基 本 原 理 為 出 發(fā) 點(diǎn) ,可 以 準(zhǔn) 確 地 計(jì) 算 出 各 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 時(shí)刻 ,其 所 得 的 的 波 形 很 接 近 正 弦 波 ,但 其 存 在 計(jì) 算 繁 瑣 ,數(shù) 據(jù) 占 用 內(nèi) 存 大 ,不 能 實(shí) 時(shí) 控制 的 缺 點(diǎn) . 2） 硬 件 調(diào) 制 法 ： 硬 件 調(diào) 制 法 是 為 解 決 等 面 積 法 計(jì) 算 繁 瑣 的 缺 點(diǎn) 而 提 出 的 ,其 原理 就 是 把 所 希 望 的 波 形 作 為 調(diào) 制 信 號(hào) ,把 接 受 調(diào) 制 的 信 號(hào) 作 為 載 波 ,通 過(guò) 對(duì) 載 波 的 調(diào)制 得 到 所 期 望 的 PWM波 形 .通 常 采 用 等 腰 三 角 波 作 為 載 波 ,當(dāng) 調(diào) 制 信 號(hào) 波 為 正 弦 波 時(shí) ,所 得 到 的 就 是 SPWM波 形 .其 實(shí) 現(xiàn) 方 法 簡(jiǎn) 單 ,可 以 用 模 擬 電 路 構(gòu) 成 三 角 波 載 波 和 正 弦 調(diào) 制波 發(fā) 生 電 路 ,用 比 較 器 來(lái) 確 定 它 們 的 交 點(diǎn) ,在 交 點(diǎn) 時(shí) 刻 對(duì) 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 進(jìn) 行 控 制 ,就可 以 生 成 SPWM波 .但 是 ,這 種 模 擬 電 路 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ,難 以 實(shí) 現(xiàn) 精 確 的 控 制 . 3） 軟 件 生 成 法 ： 由 于 微 機(jī) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 使 得 用 軟 件 生 成 SPWM波 形 變 得 比 較 容 易 ,因 此 ,軟 件 生 成 法 也 就 應(yīng) 運(yùn) 而 生 .軟 件 生 成 法 其 實(shí) 就 是 用 軟 件 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 調(diào) 制 的 方 法 ,其 有兩 種 基 本 算 法 ,即 自 然 采 樣 法 和 規(guī) 則 采 樣 法 . 4） 自 然 采 樣 法 ： 以 正 弦 波 為 調(diào) 制 波 ,等 腰 三 角 波 為 載 波 進(jìn) 行 比 較 ,在 兩 個(gè) 波 形 的自 然 交 點(diǎn) 時(shí) 刻 控 制 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,這 就 是 自 然 采 樣 法 .其 優(yōu) 點(diǎn) 是 所 得 SPWM波 形 最 接近 正 弦 波 ,但 由 于 三 角 波 與 正 弦 波 交 點(diǎn) 有 任 意 性 ,脈 沖 中 心 在 一 個(gè) 周 期 內(nèi) 不 等 距 ,從 而脈 寬 表 達(dá) 式 是 一 個(gè) 超 越 方 程 ,計(jì) 算 繁 瑣 ,難 以 實(shí) 時(shí) 控 制 . 5） 規(guī) 則 采 樣 法 ： 規(guī) 則 采 樣 法 是 一 種 應(yīng) 用 較 廣 的 工 程 實(shí) 用 方 法 ,一 般 采 用 三 角 波作 為 載 波 .其 原 理 就 是 用 三 角 波 對(duì) 正 弦 波 進(jìn) 行 采 樣 得 到 階 梯 波 ,再 以 階 梯 波 與 三 角 波的 交 點(diǎn) 時(shí) 刻 控 制 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,從 而 實(shí) 現(xiàn) SPWM法 .當(dāng) 三 角 波 只 在 其 頂 點(diǎn) (或 底 點(diǎn) )位置 對(duì) 正 弦 波 進(jìn) 行 采 樣 時(shí) ,由 階 梯 波 與 三 角 波 的 交 點(diǎn) 所 確 定 的 脈 寬 ,在 一 個(gè) 載 波 周 期 (即采 樣 周 期 )內(nèi) 的 位 置 是 對(duì) 稱 的 ,這 種 方 法 稱 為 對(duì) 稱 規(guī) 則 采 樣 .當(dāng) 三 角 波 既 在 其 頂 點(diǎn) 又 在底 點(diǎn) 時(shí) 刻 對(duì) 正 弦 波 進(jìn) 行 采 樣 時(shí) ,由 階 梯 波 與 三 角 波 的 交 點(diǎn) 所 確 定 的 脈 寬 ,在 一 個(gè) 載 波周 期 (此 時(shí) 為 采 樣 周 期 的 兩 倍 )內(nèi) 的 位 置 一 般 并 不 對(duì) 稱 ,這 種 方 法 稱 為 非 對(duì) 稱 規(guī) 則 采 樣 . 規(guī) 則 采 樣 法 是 對(duì) 自 然 采 樣 法 的 改 進(jìn) ,其 主 要 優(yōu) 點(diǎn) 就 是 是 計(jì) 算 簡(jiǎn) 單 ,便 于 在 線 實(shí) 時(shí)運(yùn) 算 ,其 中 非 對(duì) 稱 規(guī) 則 采 樣 法 因 階 數(shù) 多 而 更 接 近 正 弦 .其 缺 點(diǎn) 是 直 流 電 壓 利 用 率 較 低 ,線 性 控 制 范 圍 較 小 . 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11以 上 兩 種 方 法 均 只 適 用 于 同 步 調(diào) 制 方 式 中 . 6） 低 次 諧 波 消 去 法 ： 低 次 諧 波 消 去 法 是 以 消 去 PWM波 形 中 某 些 主 要 的 低 次 諧 波 為 目 的的 方 法 .其 原 理 是 對(duì) 輸 出 電 壓 波 形 按 傅 氏 級(jí) 數(shù) 展 開(kāi) ,表 示 為 ,首 先 確 定 基ttnau??si?波 分 量 a1的 值 ,再 令 兩 個(gè) 不 同 的 an=0,就 可 以 建 立 三 個(gè) 方 程 ,聯(lián) 立 求 解 得 a1,a2及 a3,這樣 就 可 以 消 去 兩 個(gè) 頻 率 的 諧 波 . 該 方 法 雖 然 可 以 很 好 地 消 除 所 指 定 的 低 次 諧 波 ,但 是 ,剩 余 未 消 去 的 較 低 次 諧 波的 幅 值 可 能 會(huì) 相 當(dāng) 大 ,而 且 同 樣 存 在 計(jì) 算 復(fù) 雜 的 缺 點(diǎn) .該 方 法 同 樣 只 適 用 于 同 步 調(diào) 制方 式 中 . 7） 梯 形 波 與 三 角 波 比 較 法 前 面 所 介 紹 的 各 種 方 法 主 要 是 以 輸 出 波 形 盡 量 接 近 正 弦波 為 目 的 ,從 而 忽 視 了 直 流 電 壓 的 利 用 率 ,如 SPWM法 ,其 直 流 電 壓 利 用 率 僅 為 %.因此 ,為 了 提 高 直 流 電 壓 利 用 率 ,提 出 了 一 種 新 的 方 法 梯 形 波 與 三 角 波 比 較 法 .該 方 法是 采 用 梯 形 波 作 為 調(diào) 制 信 號(hào) ,三 角 波 為 載 波 ,且 使 兩 波 幅 值 相 等 ,以 兩 波 的 交 點(diǎn) 時(shí) 刻 控制 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 實(shí) 現(xiàn) PWM控 制 . 由 于 當(dāng) 梯 形 波 幅 值 和 三 角 波 幅 值 相 等 時(shí) ,其 所 含 的 基 波 分 量 幅 值 已 超 過(guò) 了 三 角 波幅 值 ,從 而 可 以 有 效 地 提 高 直 流 電 壓 利 用 率 .但 由 于 梯 形 波 本 身 含 有 低 次 諧 波 ,所 以 輸出 波 形 中 含 有 5次 ,7次 等 低 次 諧 波 .（ 2） 空 間 電 壓 矢 量 控 制 PWM： 空 間 電 壓 矢 量 控 制 PWM(SVPWM)也 叫 磁 通 正 弦 PWM法 .它以 三 相 波 形 整 體 生 成 效 果 為 前 提 ,以 逼 近 電 機(jī) 氣 隙 的 理 想 圓 形 旋 轉(zhuǎn) 磁 場(chǎng) 軌 跡 為 目 的 ,用 逆 變 器 不 同 的 開(kāi) 關(guān) 模 式 所 產(chǎn) 生 的 實(shí) 際 磁 通 去 逼 近 基 準(zhǔn) 圓 磁 通 ,由 它 們 的 比 較 結(jié) 果 決定 逆 變 器 的 開(kāi) 關(guān) ,形 成 PWM波 形 .此 法 從 電 動(dòng) 機(jī) 的 角 度 出 發(fā) ,把 逆 變 器 和 電 機(jī) 看 作 一 個(gè)整 體 ,以 內(nèi) 切 多 邊 形 逼 近 圓 的 方 式 進(jìn) 行 控 制 ,使 電 機(jī) 獲 得 幅 值 恒 定 的 圓 形 磁 場(chǎng) (正 弦 磁通 ). 具 體 方 法 又 分 為 磁 通 開(kāi) 環(huán) 式 和 磁 通 閉 環(huán) 式 .磁 通 開(kāi) 環(huán) 法 用 兩 個(gè) 非 零 矢 量 和 一 個(gè) 零矢 量 合 成 一 個(gè) 等 效 的 電 壓 矢 量 ,若 采 樣 時(shí) 間 足 夠 小 ,可 合 成 任 意 電 壓 矢 量 .此 法 輸 出 電壓 比 正 弦 波 調(diào) 制 時(shí) 提 高 15%,諧 波 電 流 有 效 值 之 和 接 近 最 小 .磁 通 閉 環(huán) 式 引 入 磁 通 反饋 ,控 制 磁 通 的 大 小 和 變 化 的 速 度 .在 比 較 估 算 磁 通 和 給 定 磁 通 后 ,根 據(jù) 誤 差 決 定 產(chǎn) 生下 一 個(gè) 電 壓 矢 量 ,形 成 PWM 波 形 .這 種 方 法 克 服 了 磁 通 開(kāi) 環(huán) 法 的 不 足 ,解 決 了 電 機(jī) 低 速時(shí) ,定 子 電 阻 影 響 大 的 問(wèn) 題 ,減 小 了 電 機(jī) 的 脈 動(dòng) 和 噪 音 .但 由 于 未 引 入 轉(zhuǎn) 矩 的 調(diào) 節(jié) ,系統(tǒng) 性 能 沒(méi) 有 得 到 根 本 性 的 改 善河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12 SPWM 的特點(diǎn)與原理由于本文采用的是電壓型逆變器故采用的 SPWM 調(diào)制方法是電壓 SPWM。電壓脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（電壓 SPWM），顧名思義就是指利用全控型電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓變成電壓正弦的輸出，實(shí)現(xiàn)變壓、變頻控制并且可以較好的消除諧波。SPWM（正弦脈寬調(diào)制）是將正弦波變成寬度漸變的脈沖波，其中的脈沖波的寬度變化規(guī)律完全符合正弦的變化規(guī)律。正弦脈寬調(diào)制的方法也叫三角波調(diào)制方法。產(chǎn)生原理是采用一組等腰三角波信號(hào)（載波）與正弦波信號(hào)（調(diào)制波）通過(guò)比較器進(jìn)行比較，其交點(diǎn)作為晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)刻，當(dāng)調(diào)制波（正弦波）大于載波（三角波）時(shí)，逆變橋的晶閘管導(dǎo)通，反之，則關(guān)斷，逆變器就產(chǎn)生一組等幅不等寬的脈沖序列。正弦波的頻率和幅值是可控的，只要改變正弦波的頻率，就可以改變輸出脈沖的頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速；改變正弦波的幅值，它與三角波的交點(diǎn)發(fā)生改變，是輸出的逆變脈沖序列的寬度發(fā)生變化，從而改變輸出脈沖的電壓，其 SPWM 生成的原理如圖 所示，通過(guò)生成的 SPWM 信號(hào)來(lái)控制逆變器的開(kāi)關(guān)斷從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速。 圖 的 生 成 方 法三相橋式逆變器的主電路如圖 所示。為了得到三相橋式逆變器所需的三相對(duì)稱河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13SPWM 脈沖，逆變器三相輸出端 A,B,C 相電壓之間的相位必須互差 120176。為此三相 SPWM最基本的設(shè)計(jì)原則之一就是，用于產(chǎn)生三相 SPWM 脈沖的三個(gè)正弦調(diào)制信號(hào)，即圖 中的 U 相調(diào)制波、V 相調(diào)制波、W 相調(diào)制波。它們之間也必須保持 120176。的相位差。從原理上講，三相 SPWM 脈沖的產(chǎn)生可以每相調(diào)制波單獨(dú)配備一個(gè)載波，也可以三相共用一個(gè)載波。由于后者的實(shí)現(xiàn)和控制更為簡(jiǎn)單，因此絕大多數(shù)三相逆變器都采用這種方法。為了嚴(yán)格的保證三相之間的相位差，載波比應(yīng)該設(shè)計(jì)為 3 的整數(shù)倍，如圖 所示，圖 為 A 相晶閘管的控制脈沖，B 相和 C 相脈沖應(yīng)該分別滯后 A 相脈沖 180176。和 240176。逆變器三相輸出端相對(duì)于直流環(huán)節(jié)中點(diǎn) O 的相電壓波相分別為圖 相電壓、V 相電壓、和 W 相電壓所示，三相之間線電壓波形可以通過(guò)分別將兩相電壓相減得到。圖 中線電壓 UV 即 U 相與 V 相之間的線電壓的波形。圖 三 相 SPWM在使用 SPWM 進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)需要考慮的問(wèn)題是，SPWM 波并不是真的正弦波，只是用按照正弦規(guī)律變化的階梯來(lái)逼近正弦波，為此仍然存在大量的高次諧波，在實(shí)際控河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14制過(guò)程中必須采取有效的措施來(lái)減少諧波分量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課知，當(dāng)三角載波的頻率越高，出現(xiàn)的諧波幅度就會(huì)越小，SPWM 的電流波形就越好，因而，希望可以盡量提高載波頻率來(lái)降低電流的諧波分量。在實(shí)際控制過(guò)程中，載波和調(diào)制波的頻率調(diào)整可以有如下三種方法：同步調(diào)制法、異步調(diào)制法和分段同步調(diào)制法。同步調(diào)制是指調(diào)制波和載波的比值等于常數(shù)，在調(diào)節(jié)調(diào)制波頻率的同時(shí)調(diào)節(jié)載波頻率，此方法雖然使得逆變器輸出的三相波形在正、負(fù)半波上有嚴(yán)格的對(duì)稱，但是在低頻控制時(shí)，會(huì)出現(xiàn) SPWM 的脈沖太少，從而加大了諧波分量，不適合低頻控制；異步調(diào)制法是指載波頻率固定不變，只改變調(diào)制波的頻率進(jìn)行調(diào)制，它雖然解決了同步調(diào)制在低頻時(shí)所產(chǎn)生的諧波分量較大的缺陷，但由于它造成了輸出三相波在正負(fù)半波的不對(duì)稱，從而會(huì)加大電機(jī)運(yùn)行的不平穩(wěn)性。鑒于上述分析：在實(shí)際運(yùn)用中最為廣泛的是分段同步調(diào)制法，即在低頻時(shí)采用異步調(diào)制法，在其他頻段時(shí)采用同步調(diào)制法。SPWM 性能如下：1）直流電壓利用率只有 %2）其輸出電壓諧波主要是頻率為開(kāi)關(guān)頻率及開(kāi)關(guān)頻率倍數(shù)的諧波，而 THD 指標(biāo)隨開(kāi)關(guān)頻率的提高而降低，而同一開(kāi)關(guān)頻率下，THD 的變化趨勢(shì)是隨輸出頻率的提高而增大3）采用注入三次諧波可以提高直流電壓利用率，最大可以達(dá)到 115% 空間電壓矢量 SVPWM電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)是從交流電機(jī)的角度出發(fā)，以控制交流電機(jī)磁鏈空間矢量軌跡逼近圓形為調(diào)制目的，以求減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、改善電機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能。與傳統(tǒng)的 SPWM 方法相比， SVPWM 具有直流電壓利用率更高、電機(jī)的諧波電流和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小、電壓和頻率控制能同時(shí)完成以及實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前無(wú)論在開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)或閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中都得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 SVPWM 的基本原理SVPWM 的基本原理可以從交流電機(jī)電壓空間矢量、磁鏈空間矢量以及電流空間矢量的概念出發(fā)進(jìn)行推導(dǎo)和分析。假設(shè)交流電機(jī)由理想對(duì)稱的正弦電壓供電，三相電壓 , , 可以用矩陣的形式表AuBC河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15式為