正弦脈寬調(diào)制法(SPWM)是將每一正弦周期內(nèi)的多個脈沖作自然或規(guī)則的寬度調(diào)制,使其依次調(diào)制出相當于正弦函數(shù)值的相位角和面積等效于正弦波的脈沖序列,形成等幅不等寬的正弦化電流輸出。其中每周基波(正弦調(diào)制波)與所含調(diào)制輸出的脈沖總數(shù)之比即為載波比。
由于全控型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn),不僅使得逆變電路的結(jié)構(gòu)大為簡化,而且在控制策略上與晶閘管類的半控型器件相比,也有著根本的不同,由原來的相位控制技術(shù)改變?yōu)槊}沖寬度控制技術(shù),簡稱PWM技術(shù)。 PWM技術(shù)可以極其有效地進行諧波抑制,在頻率、效率各方面有著明顯的優(yōu)點使逆變電路的技術(shù)性能與可靠性得到了明顯的提高。采用PWM方式構(gòu)成的逆變器,其輸入為固定不變的直流電壓,可以通過PWM技術(shù)在同一逆變器中既實現(xiàn)調(diào)壓又實現(xiàn)調(diào)頻。由于這種逆變器只有一個可控的功率級,簡化了主回路和控制回路的結(jié)構(gòu),因而體積小、質(zhì)量輕、可靠性高。又因為集調(diào)壓、調(diào)頻于一身,所以調(diào)節(jié)速度快、系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)好。此外,采用PWM技術(shù)不僅能提供較好的逆變器輸出電壓和電流波形,而且提高了逆變器對交流電網(wǎng)的功率因數(shù)。 把每半個周期內(nèi),輸出電壓的波形分割成若干個脈沖,每個脈沖的寬度為每兩個脈沖間的間隔寬度為t2,則脈沖的占空比為Y。此時,電壓的平均值和占空比成正比,所以在調(diào)節(jié)頻率時,不改變直流電壓的幅值,而是改變輸出電壓脈沖的占空比,也同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。
1.SPWM的概念工程實際中應(yīng)用最多的是正弦PWM法(簡稱SPWM),它是在每半個周期內(nèi)輸出若干個寬窄不同的矩形脈沖波,每一矩形波的面積近似對應(yīng)正弦波各相應(yīng)每一等份的正弦波形下的面積可用一個與該面積相等的矩形來代替,于是正弦波形所包圍的面積可用這N個等幅(Vd)不等寬的矩形脈沖面積之和來等效。各矩形脈沖的寬度自可由理論計算得出,但在實際應(yīng)用中常由正弦調(diào)制波和三角形載波相比較的方式來確定脈寬:因為等腰三角形波的寬度自上向下是線性變化的,所以當它與某一光滑曲線相交時,可得到一組幅值不變而寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖。若使脈沖寬度與正弦函數(shù)值成比例,則也可生成SPWM波形。在工程應(yīng)用中感興趣的是基波,假定矩形脈沖的幅值Vd恒定,半周期內(nèi)的脈沖數(shù)N也不變,通過理論分析可知,其基波的幅值V1m脈寬δi有線性關(guān)系。在進行脈寬調(diào)制時,使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當正弦值為最大值時,脈沖的寬度也最大,而脈沖間的間隔則最小。反之,當正弦值較小時,脈沖的寬度也小,而脈沖間的間隔則較大;這樣的電壓脈沖系列可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小,稱為正弦波脈寬調(diào)制。 SPWM方式的控制方法可分為多種。從實現(xiàn)的途徑可分為硬件電路與軟件編程兩種類型;而從工作原理上則可按調(diào)制脈沖的極性關(guān)系和控制波與載波間的頻率關(guān)系來分類。按調(diào)制脈沖極性關(guān)系可分為單極性SPWM和雙極性SPWM兩種。
3.雙極性SPWM法雙極性控制則是指在輸出波形的半周期內(nèi),逆變器同一橋臂中的兩只元件均處于開關(guān)狀態(tài),但它們之間的關(guān)系是互補的,即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。這樣輸出波形在任何半周期內(nèi)都會出現(xiàn)正、負極性電壓交替的情況,故稱之為雙極性控制。與單極性控制方式相比,載波和控制波都變成了有正、負半周的交流方式,其輸出矩形波也是任意半周中均出現(xiàn)正負交替的情況。4.SPWM生成方法正弦脈寬調(diào)制波(SPWM)的生成方法可分為硬件電路與軟件編程兩種方式。按照前面講述的PWM逆變電路的基本原理和控制方法,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,用比較器來確定它們的交點,在交點時刻對功率開關(guān)器件的通斷進行控制,就可以生成SPWM波形。但這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以實現(xiàn)精確的控制。微機控制技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成的SPWM波形變得比較容易,因此,SPWM波形的生成和控制多用微機來實現(xiàn)。