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什么是SPWM控制技术
  
    1. SPWM控制的基本原理

SANGE系列变频电源从电器功能层面可以分为四大部分即:输入部分,AC-DC转换部分,INV部分,输出部分。而在这四部分里INV部分是核心技术所在,无论控制算法还是控制电路都比较复杂。故我们把SPWM控制技术作为一大节来叙述。
SPWM(Sine Pulse Width Modulation)控制—脉冲宽度调制技术,是通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)的一种控制方式。SPWM控制技术在逆变电路中应用最广,实际应用中的逆变电路绝大部分是SPWM型。SPWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。本节主要以逆变电路为控制对象来介绍SPWM控制技术。
SPWM控制的理论基础——冲量(冲量指窄脉冲面积)相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同(是指环节在输出响应波形基本相同,低频段非常接近,仅在高频段略有差异)。图1-1所示:

图1-1    形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波———正弦半波N等分,可看成N个彼此相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等,用矩形脉冲代替就是等幅,不等宽,中点重合,面积(冲量)相等,宽度按正弦规律变化。脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的波形也就是我们所说的SPWM波形,其可通过按同一比例改变各脉冲宽度来改变等效输出正弦波幅值。如图1-2所示:

图1-2   用SPWM波代替正弦半波
SPWM波等效主正弦波———基于等效面积原理我们所需的正弦波可用SPWM波等效代替,而等幅值的PWM波用直流电源产生是很容易的,所以目前中小功率的逆变电路几乎都采用SPWM技术。逆变电路是SPWM控制技术最为典型的应用场合。SPWM逆变电路可分为电压型和电流型两种,但目前实用的SPWM逆变电路几乎都是电压型电路。

    1. SPWM的计算和调制方法

结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制方法举例说明(如图2-3所示),在工作时V1和V2通断互补,V3和V4通断也互补。Uo正半周,V1通,V2断,V3和V4交替通断,负载电流比电压滞后,且有一段区间为正,一段区间为负。负载电流为正的区间,V1 和V4导通时,Vo等于Vd,V4关断时,负载电流通过V1和VD3续流,Vo=0。负载电流为负的区间,V1和V4仍导通,Io为负,实际上Io从VD1和VD4流过,仍有Vo =Vd。V4关断V3开通后,Io从V3和VD1续流,Uo=0总可得到Ud和零,两种电平。Uo负半周,让V2保持通,V1保持断,V3和V4交替通断,Uo可得-Ud和零,两种电平。

图1-3  单相桥式SPWM逆变电路
单极性SPWM控制方式(单相桥逆变)在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
ur正半周,V1保持通,V2保持断,当ur>uc时使V4通,V3断,uo=Ud。当ur<u时使V4断,V3通,u0=0。
ur负半周,V1保持断, V2保持通,当ur<uc时使V3通,V4断,uo=-Ud。当ur>uc时使V3断,V4通,u0=0。虚线uof表示uo 的基波分量。

图1-4   单极性SPWM控制方式波形

 

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