【正文】 (3) 在以集成DSP 電機(jī)控制器的全數(shù)字矢量控制交流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中,由于DSP 快速運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)處理器能力,完成空間矢量脈寬調(diào)制所需要的時(shí)間是很少的。(1) 在相同的直流母線電壓VDC下,采用空間矢量脈寬調(diào)制方式有效地?cái)U(kuò)展了逆變器輸出基波相電壓的線性范圍,能更好的利用電源電壓。這種數(shù)字脈寬調(diào)制方法僅僅是對(duì)模擬自然采樣的三角波—正弦波SPWM 方法的近似。然而,數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)遠(yuǎn)不象傳統(tǒng)的模擬脈寬調(diào)制技術(shù)那樣成熟。改善了逆變電路輸出電壓波形的正弦性并大大減小了所需的LC濾波器。一般情況下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，所以PWM波形中所含的主要諧波的頻率要比基波頻率高得多，是很容易濾除的。SPWM控制方式，在輸出電壓的每一個(gè)周期中，各開(kāi)關(guān)器件通、斷轉(zhuǎn)換多次，實(shí)現(xiàn)即可調(diào)節(jié)、控制輸出電壓的大小，又可消除低次諧波改善輸出電壓波形。輸出電壓為定寬方波的缺點(diǎn)是：在直流電壓一定時(shí)，輸出電壓的基波大小不可控，且輸出電壓中諧波頻率低、數(shù)值大；直流電源電流脈動(dòng)頻率低且脈動(dòng)數(shù)值大。由于目前的變頻器幾乎都采用PWM控制方式，這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運(yùn)行時(shí)在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。5　總結(jié) 結(jié)論本文應(yīng)用PSPICE軟件進(jìn)行了PWM控制電路和逆變器的仿真和分析，通過(guò)上述介紹的方法可以分析、評(píng)估不同的脈寬調(diào)制技術(shù)和十分方便快捷地獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及各工作點(diǎn)的波形；提供了一個(gè)模擬硬件電路的方法，解決了控制電路和主電路的電氣絕緣問(wèn)題，突破了在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中因?yàn)橛布O(shè)備條件所受的限制，大大提高了實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，無(wú)論在分析精度、實(shí)驗(yàn)效果等方面都是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法不可比擬的。當(dāng)實(shí)際輸出電壓基波小于指令值時(shí)，電壓偏差大于零，電壓調(diào)節(jié)器輸出的增大，值增大，使輸出電壓各脈波加寬，實(shí)際輸出電壓基波增大到給定指令值；反之當(dāng)實(shí)際輸出電壓基波大于指令值時(shí)，電壓偏差小于零，減小，值減小，使輸出電壓減到指令值。圖414　驅(qū)動(dòng)信號(hào)T1的波形圖415　驅(qū)動(dòng)信號(hào)T2的波形圖416　驅(qū)動(dòng)信號(hào)T3的波形圖417　導(dǎo)電波形圖418　導(dǎo)電波形圖419　導(dǎo)電波形圖420　導(dǎo)電波形圖421　電流的工作波形圖422　電流的工作波形圖48中調(diào)制比= /≤1，則輸出線電壓的基波幅值：=== （44）輸出線電壓的基波有效值：=.== （45）所以三相SPWM逆變電路直流電壓利用率/=。b相及c相的控制方式都和a相相同[10]。和的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。V2＞V1時(shí)，給上橋臂以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂以關(guān)斷信號(hào)，則a相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N’的輸出電壓= /2。a、b、c三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角波載波V1，三相的調(diào)制信號(hào)VVV4依次相差。主電路輸出電壓波形如圖所示：圖412　Vpwm1輸出電壓波形圖413　Vpwm4輸出電壓波形正弦調(diào)制參考波的幅值與調(diào)制參考波的頻率共同產(chǎn)生三相調(diào)制參考波正弦電壓V2(t)、V3(t)、V4(t)。圖411　反相比例器解方程：= （）/（+ ）（++）+（） （42）因?yàn)橐话愫艽螅苄?，很大。這種輸入方式稱為差動(dòng)輸入，稱為差動(dòng)輸入電壓。(3) 由于“光”傳輸?shù)膯蜗蛐?，所以信?hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不會(huì)出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號(hào)也不會(huì)影響輸入端。光電耦合器因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在實(shí)際使用過(guò)程中，具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：(1) 能夠有效抑制接地回路的噪聲，消除地干擾，使信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)與主控制端在電氣上完全隔離，避免了主控制系統(tǒng)受到意外損壞。圖49　光電耦合器光電耦合器是一種把紅外光發(fā)射器件和紅外光接受器件以及信號(hào)處理電路等封裝在同一管座內(nèi)的器件。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)。一般采用光隔離或磁隔離。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)：將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。圖48　雙極性三角載波及三相調(diào)制參考波的波形電力電子的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力裝置的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。圖46　雙極性PWM控制方式波形 三相橋式SPWM型逆變電路圖47是三相橋式SPWM型逆變電路，這種電路都是采用雙極性控制方式。即當(dāng)＞時(shí)，給V1和V4以導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3以關(guān)斷信號(hào)，這是如＞0，則V1和V4通，如＜0，則VD1和VD4通，不管哪種情況都是輸出電壓=。仍然在調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開(kāi)關(guān)器件的通斷。采用雙極性方式時(shí)，在的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)，所得的PWM波也是有正有負(fù)。圖45　單極性PWM控制方式波形和單極性PWM控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式。這樣就得到了SPWM波形的。在正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)＞時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，=；當(dāng)＜時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，=0。調(diào)制信號(hào)為正弦波，載波在的正半周為正極性的三角波，在的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。同樣在的負(fù)半周，讓V2保持通態(tài)，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷，負(fù)載電壓可以得到和零兩種電平。因?yàn)樨?fù)，故實(shí)際上從VD1和VD4流過(guò)，仍有=；V4關(guān)斷，V3開(kāi)通后，從V3和VD1續(xù)流，=0。在負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓等于直流電壓；V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過(guò)V1和VD3續(xù)流，=0。具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓的正半周，讓V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷。圖44是采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。在調(diào)制信號(hào)為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形，這種情況應(yīng)用最廣，本文主要介紹這種控制方法。與計(jì)算法相對(duì)應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形?！PWM逆變電路及其控制方法PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，目前中小功率的逆變電路幾乎采用了PWM技術(shù)。這種控制逆變器輸出電壓大小及波形的方法被稱為正弦脈寬調(diào)制SPWM。圖43　用PWM波代替正弦半波詳細(xì)的分析結(jié)論是：對(duì)開(kāi)關(guān)器件的通、斷狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、適式的控制，使多脈波的矩形脈沖電壓寬度按正弦規(guī)律變化時(shí)，通過(guò)傅里葉分析可以得知，輸出電壓中除基波外僅含有與開(kāi)關(guān)頻率倍數(shù)相對(duì)應(yīng)的某些高次諧波而消除了許多低次諧波，開(kāi)關(guān)頻率（輸出電壓頻率）越高，脈波數(shù)越多，就能消除更多的低次諧波，使逆變電路的輸出電壓更近似于連續(xù)的正弦波[8]。這些脈沖寬度相等，都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化?！PWM控制技術(shù)下面分析如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦波。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。從波形可以看出，在i(t)的上升段，脈沖形狀不同時(shí)i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的RL電路上，設(shè)其電流i(t)為電路的輸出。圖41　形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖圖42a的電路是一個(gè)具體的例子。例如圖41a、b、c所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，其中圖41a為矩形脈沖，圖41b為三角形脈沖，圖41c為正弦波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。沖量即窄脈沖的面積。可以說(shuō)PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才發(fā)展得比較成熟，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻。圖39　驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)電波形4　三相SPWM逆變器　PWM控制技術(shù)PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。在星形電阻負(fù)載下，對(duì)三相橋式逆變電路的輸出電壓進(jìn)行定量分析。因?yàn)榇?lián)電感抑制沖擊電流從而抑制了交流電流的畸變。在＞0時(shí)為橋臂1導(dǎo)電的區(qū)間，其中＜0時(shí)為導(dǎo)通，＞0時(shí)為導(dǎo)通；＜0時(shí)為橋臂3導(dǎo)電的區(qū)間，其中＞0時(shí)為導(dǎo)通，＜0時(shí)為導(dǎo)通。圖37給出的是負(fù)載下的波形。根據(jù)上述分析，負(fù)載電阻上的相電壓、分別如圖3336所示的階梯波，相位依次相差。圖33　三相電壓型橋式逆變電路下面分析電壓型三相橋式逆變電路的工作波形。這樣在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。同一橋臂上、下上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)互補(bǔ)通、斷。為保證電路正常工作，和兩個(gè)開(kāi)關(guān)管不應(yīng)同時(shí)處于通態(tài)，和兩管不應(yīng)同時(shí)處于通態(tài)，否者將出現(xiàn)直流側(cè)短路[5]。逆變電路中與開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)的二極管都是用于感性負(fù)載時(shí)為感性負(fù)載電流提供續(xù)流通道。（2） 純電感負(fù)載時(shí)，電流是三角波，如圖32所示。負(fù)載電流的波形與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)：（1） 純電阻負(fù)載時(shí)，電流是與電壓同相的方波，如圖32所示。在純電阻負(fù)載時(shí)，采用上述移相方法也可以得到相同的結(jié)果，只是～不再導(dǎo)通，不起續(xù)流作用。這樣，輸