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SPWM調(diào)制方法對(duì)比分析

作者: 時(shí)間:2011-03-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:了三種正弦波脈寬)控制,指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用,給出了一些數(shù)學(xué)模型,并對(duì)基于載波相移的(CPS-)技術(shù)進(jìn)行了較為詳盡的

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/179386.htm

關(guān)鍵詞:正弦波脈寬;載波相移;載波相移正弦脈寬

 

1 引言

近年來(lái),正弦脈寬調(diào)制技術(shù)(簡(jiǎn)稱為SPWM技術(shù))以其優(yōu)良的傳輸特性成為電力電子裝置中調(diào)制技術(shù)的基本方式[5]。SPWM法就是以正弦波作為基準(zhǔn)波(調(diào)制波),用一列等幅的三角波(載波)與基準(zhǔn)正弦波相交,由交點(diǎn)來(lái)確定逆變器的開(kāi)關(guān)模式。這樣產(chǎn)生的脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小。同時(shí),根據(jù)調(diào)制波波形的不同,還可以派生出許多,但著眼點(diǎn)都在于如何使變頻器的輸出電壓更好地獲得三相對(duì)稱的正弦波。本文了SPWM的三種控制,建立了各自的數(shù)學(xué)模型,并給出了一些仿真結(jié)果。

2 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)[1][2][3]

2.1 采樣法SPWM

SPWM法的實(shí)現(xiàn)方式有多種,可以由模擬或數(shù)字電路等硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn),也可以由微處理器運(yùn)用軟硬件結(jié)合的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)SPWM法,實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)便,精度高,現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛采用,此時(shí)所采用的采樣型SPWM法,分為自然采樣法和規(guī)則采樣法。其中規(guī)則采樣法又有對(duì)稱規(guī)則采樣法與不對(duì)稱規(guī)則采樣法兩種。

2.1.1 自然采樣法

圖1所示的就是自然采樣法。它是將基準(zhǔn)正弦波與一個(gè)三角載波相比較,由兩者的交點(diǎn)決定出逆變器開(kāi)關(guān)模式的方法。圖1中,Tt為三角波的周期,Ur為三角波的幅值,正弦波為Ucsinωt,Ts稱為采樣周期,Ts=Tt/2,t1t2為正弦波與三角波兩個(gè)相鄰交點(diǎn)的時(shí)刻。由圖1可以得出

(1)

式中:M=Uc/Ur為正弦波幅值對(duì)三角波幅值之比,0M1,M的值越大,則輸出電壓也越高;

ω為正弦波角頻率,ω改變,則PWM脈沖列基波頻率也隨之改變。

脈 沖 寬 度 為

tp=tonton′=[1+(sinωt1+sinωt2)] (2)

式 (2) 中t1t2不 但 與 載 波 比N=T/TtT為 正 弦 波 的 周 期 ) 有 關(guān) , 而 且 是 幅 度 調(diào) 制 比M的 函 數(shù) , 求 解t1t2M的 關(guān) 系 要 花 費(fèi) 很 多 時(shí) 間 。 由 此 可 見(jiàn) , 自 然 采 樣 法 得 到 的 數(shù) 學(xué) 模 型 并 不 適 合 于 由 微 處 理 器 實(shí) 現(xiàn) 實(shí) 時(shí) 控 制 , 所 以 就 發(fā) 展 了 規(guī) 則 采 樣 法 。

圖1 自然采樣法

2.1.2 對(duì)稱規(guī)則采樣法

圖2所示的即為對(duì)稱規(guī)則采樣法。這種方法是由經(jīng)過(guò)采樣的正弦波(實(shí)際上是階梯波)與三角波相交,由交點(diǎn)得出脈沖寬度。

圖2 對(duì) 稱 規(guī) 則 采 樣 法

這種方法只在三角波的頂點(diǎn)位置或底點(diǎn)位置對(duì)正弦波采樣而形成階梯波。此階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬在一個(gè)采樣周期Ts(Ts=Tt)內(nèi)的位置是對(duì)稱的,故稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。由圖2得出

(3)

式中:t1為采樣點(diǎn)(這里為頂點(diǎn)采樣)的時(shí)刻。

脈沖寬度為

tpw=(1+Msinωt1)=(1+Msinωt1) (4)

式(4)中采樣點(diǎn)時(shí)刻t1只與載波比N有關(guān),而與幅度調(diào)制比M無(wú)關(guān),且t1=kTt,k=0,1,...,N-1。由式(3)及式(4)可知,在對(duì)稱規(guī)則采樣的情況下,只需知道一個(gè)采樣點(diǎn)t1就可以確定出這個(gè)采樣周期內(nèi)的時(shí)間間隔toff與脈沖寬度tpw的值。

2.1.3 不對(duì)稱規(guī)則采樣法

如果既在三角波的頂點(diǎn)位置又在底點(diǎn)位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣,由采樣值形成階梯波,則此階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬,在一個(gè)三角波的周期內(nèi)的位置是不對(duì)稱的,如圖3所示。因此,這樣的采樣方法稱為不對(duì)稱規(guī)則采樣法。在這里,采樣周期Ts是三角波周期的1/2,即Ts=Tt/2。由圖3可知

(5)

圖3 不 對(duì) 稱 規(guī) 則 采 樣 法


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