【文章內(nèi)容簡介】 電流和電壓反向，負載電感中儲存的能量向直流側(cè)反饋。VDVD2稱為反饋二極管，還使負載電流連續(xù)，因而又稱續(xù)流二極管。 圖27 單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形 優(yōu)點：簡單，使用器件少。 缺點：輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud/2，且直流側(cè)需要兩個電容器串聯(lián)，工作時還要控制兩個電容器電壓的均衡。常用于幾千瓦以下的小功率逆變電源。 單相全橋、三相橋式都可看成若干個半橋逆變電路的組合。 全橋逆變電路 電壓型全橋逆變電路如圖28a可以看成由兩個半橋電路的組合而成。把橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180176。輸出電壓uo波形和圖28b的半橋電路的波形uo形狀相同，但其幅值高出一倍，Um=Ud。輸出電流io波形和圖28b中的i0形狀相同，幅值增加一倍，輸出電壓波形的的定量分析：把幅值為Ud的矩形波u0展開成傅里葉級數(shù)得其中，基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分別為 上述公式對于半橋逆變電路也是適用的，只是式中的Ud要換成Ud/2。uo為正負電壓各180176。的脈沖時，要改變輸出電壓有效值只能改變直流電壓Ud來實現(xiàn)。在阻感負載時，還可以采用移相的方式來調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，這種方式成為移相調(diào)壓。移相調(diào)壓實際上就是調(diào)節(jié)輸出電壓脈沖的寬度。在圖26a的單相全橋逆變電路中，各IGBT的柵極信號為180176。正偏，180176。反偏，且V1和V2的柵極信號互補，V3和V4的柵極信號互補。V3的基極信號比V1落后θ（0θ180176。)，VV4的柵極信號分別比VV1的前移了180176。－θ，輸出電壓uo是正負各為的脈沖，改變θ即可調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。各IGBT的柵極信號uG1~uG4及輸出電壓uo、輸出電流io的波形如圖26b所示。 圖28 單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式 逆變器的調(diào)制方式 方波逆變器輸出的交流電壓波形為方波，占空比不可調(diào)。此類逆變器所使用的逆變線路也不完全相同，但共同的特點是線路比較簡單，使用的功率開關(guān)管數(shù)量很少。這類逆變器還有調(diào)壓范圍不夠?qū)?，保護功能不夠完善，噪聲比較大等缺點，設(shè)計功率一般在百瓦至千瓦之間。 SPWM法就是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(guān)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(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過改變調(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。 SVPWM (空間電壓矢量控制PWM)調(diào)制也叫磁通正弦PWM法，它以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的,用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準圓磁通,由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān),形成PWM波形。此法從電動機的角度出發(fā),把逆變器和電機看作一個整體,以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進行控制,使電機獲得幅值恒定的圓形磁場(正弦磁通)。它提出主要是為解決電機變頻驅(qū)動問題，現(xiàn)已被用到PWM逆變和PWM整流技術(shù)中。第3章 PWM控制技術(shù) SPWM調(diào)制與實現(xiàn)原理，為了輸出逆變器所需要的正弦波，將等腰三角形作為載波(Carrier wave)，正弦波為調(diào)制波(Modulation wave)，正弦調(diào)制波與三角載波的交點確定了逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得了一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，按照面積等效原理，每一個矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因此，該序列脈沖與期望的正弦波等效，這就是正弦脈寬調(diào)制原理。本文采用的是雙極性方式,即在正弦調(diào)制波的半個周期內(nèi)，三角載波在正負之間變化。 雙極性SPWM調(diào)制原理SPWM數(shù)學(xué)模型的建立有多種方法:面積等效法、自然采樣法以及對稱規(guī)則采樣法。自然采樣法雖然能真實反映脈沖序列產(chǎn)生和結(jié)束的時刻,但是計算相對復(fù)雜。對稱規(guī)則采樣法是從自然采樣法演變而來,因其計算簡單,誤差較小,被廣泛應(yīng)用于實際工程項目中。本文所采用的就是對稱規(guī)則采樣法，； 規(guī)則采樣法在三角波的負峰時刻對正弦信號波采樣而得到D點，過D點作一水平直線和三角波分別交于A點和B點，在A點時刻和B點時刻控制開關(guān)器件的通斷。在每個載波周期用同樣的方法采集輸出脈沖,即得到正弦脈寬調(diào)制波形序列。設(shè)正弦調(diào)制波的函數(shù)為： （31）Ur為正弦調(diào)制波的峰值；為調(diào)制度，為正弦調(diào)制信號波角頻率；： （32）即 （33） 軟件程序設(shè)計由于產(chǎn)生的SPWM波形是一組占空比連續(xù)變化的脈沖序列,在編寫程序的時候必須考慮到實時更新比較寄存器的值。系統(tǒng)軟件編程包括主程序和中斷子程序,主程序?qū)崿F(xiàn)以下功能:系統(tǒng)初始化、周期寄存器的初值給定、中斷方式設(shè)定等。中斷程序的功能是:更新比較寄存器的值以及清除中斷標(biāo)志。 程序流程圖有兩種方法可以實現(xiàn)中斷程序中比較寄存器的賦值: (1)實時計算法；(2)查表更新法。實時計算法的優(yōu)點在于計算精度相對較高,實時性以及程序的靈活性較好；缺點在于,實時計算電平翻轉(zhuǎn)時間點耗費大量的CPU時間,與中斷程序快進快出的原則有悖,且有可能會因為處理中斷程序的時間過長而導(dǎo)致脈沖丟失。查表更新法的原理是預(yù)先計算出各個頻率下每個載波周期中的比較值,以數(shù)組的形式存儲起來,在中斷程序中直接調(diào)用數(shù)組。雖然此法增大了存儲空間,但是這種以空間換取速度以及穩(wěn)定性的方法具有較好實際應(yīng)用效果。 正弦脈寬調(diào)制的生成　PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實用的幾乎都是電壓型。1）計算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。缺點：繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化2）調(diào)制法輸出波形作調(diào)制信號，進行調(diào)制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱；與任一平緩變化的調(diào)制信號波相交，在交點控制器件通斷，就得寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合PWM的要求。調(diào)制信號波為正弦波時，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號不是正弦波，而是其他所需波形時，也能得到等效的PWM波。結(jié)合IGBT控制電壓型逆變器為阻感負載時，作時V1和V2通斷互補，V3和V4通斷也互補?？刂埔?guī)律：uo正半周，V1保持通態(tài)，V2保持斷態(tài)，V3和V4交替通斷，因為負載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負。在負載電流為正區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時，負載電壓uo等于Ud；V4關(guān)斷時，負載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0。在負載電流為負的區(qū)間，仍為V1和V4導(dǎo)通時，因io為負，故io實際上從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud；V4關(guān)斷，V3開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0，這樣uo總可得到Ud和零兩種電平。uo負半周，讓V2保持通態(tài)，V1保持斷態(tài)，V3和V4交替通斷，負載電壓uo可得Ud和零兩種電平。 單相橋式PWM逆變電路雙極性PWM控制方式（單相橋逆變）：在ur半個周期內(nèi)，三角波載波有正有負，所得PWM波也有正有負。在ur一周期內(nèi)，輸出PWM波只有177。Ud兩種電平，仍在調(diào)制信號ur和載波信號uc的交點控制器件通斷。ur正負半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，當(dāng)uruc時，給V1和V4導(dǎo)通信號，給V2和V3關(guān)斷信號，如io0，則V1和V4導(dǎo)通，如io0，則VD1和VD4導(dǎo)通，uo=Ud。當(dāng)uruc時，給V2和V3導(dǎo)通信號，給V1和V4關(guān)斷信號，如io0，則V2和V3通，如io0，則VD2和VD3導(dǎo)通，uo=﹣Ud。 規(guī)則采樣法按SPWM基本原理，自然采樣法中要求解復(fù)雜的超越方程，難以在實時控制中在線計算，工程應(yīng)用不多。 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法特點是一種應(yīng)用較廣的工程實用方法，其效果接近自然采樣法，但計算了卻比自然采樣法小的多。規(guī)則采樣法原理：圖37，三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期tc。自然采樣法中，脈沖中點不和三角波一周期中點（即負峰點）重合。規(guī)則采樣法使兩者重合，每個脈沖中點為相應(yīng)三角波中點，計算大為簡化。三角波負峰時刻td對信號波采樣得D點，過D作水平線和三角波交于A、B點，在A點時刻tA和B點時刻tB控制器件的通斷，脈沖寬度和δ用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。規(guī)則采樣法計算公式推導(dǎo)：正弦調(diào)制信號波公式中，a稱為調(diào)制度，0≤a＜1；ωr為信號波角頻率。因此可得： () 三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度 () 同步調(diào)制和異步調(diào)制在SPWM逆變器中，載波頻率fc與調(diào)制信號頻率fr之比N＝fc/fr，稱為載波比。根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，SPWM逆變器調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式即為異步調(diào)制。通常保持載波頻率fc固定不變，當(dāng)調(diào)制信號頻率fr變化時，載波比N是變化的。當(dāng)fr較低時，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，當(dāng)fr增高時，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大，還會出現(xiàn)脈沖的跳動。同時，輸出波形和正弦波之間的差異也變大，電路輸出特性變壞。對于三相逆變器來說，三相輸出的對稱性也變差。因此，在采用異步調(diào)制方式時，希望盡量提高載波頻率，以使在調(diào)制信號頻率較高時仍能保持較大的載波比，從而改善輸出特性。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步的調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。在同步調(diào)制方式中，fr變化時N不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。在三相SPWM逆變電路中通常共用一個三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱。為了克服上述缺點，通常采用分段同步調(diào)制的方法，即把fr范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段N不同。在fr高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高；在fr低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低；為防止fc在切換點附近來回跳動，采用滯后切換的方法。同步調(diào)制比異步調(diào)制復(fù)雜，但用微機控制時容易實現(xiàn)?？稍诘皖l輸出時采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，和分段同步方式效果接近。第4章 系統(tǒng)組成及設(shè)計 系統(tǒng)控制方案 　　按照選定的模式自舉加載程序，跳轉(zhuǎn)到主程序入口，進行相關(guān)變量、控制寄存器初始化設(shè)置和正弦表初始化等工作。接著使能需要的中斷，啟動定時器，然后循環(huán)進行故障檢測和保護，并等待中斷。主要包括三部分內(nèi)容：定時器周期中斷子程序、A/D采樣子程序和數(shù)據(jù)處理算法。 主程序流程圖 定時器周期中斷子程序 　　主要進行PI調(diào)節(jié)，更新占空比，產(chǎn)生SPWM波。 定時器周期中斷流程圖 A/D采樣子程序 　　主要完成線電流采樣和線電壓采樣。為確保電壓與電流信號間沒有相對相移，本部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采樣方式。為提高采樣精度，在A/D中斷子程序中采用均值濾波的方法。對A相電壓和電流A/D的同步采樣部分代碼如下： 數(shù)據(jù)處理算法 本系統(tǒng)主要用到以下算法：（1）SVPWM算法（2）PID調(diào)節(jié)算法（3）頻率檢測算法 (1)SVPWM算法 S