SPWM逆变电路原理
SPWM逆变电路原理
对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。
更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。
这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。
面积等效原理转换把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。
7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。
图1 用面积等效原理转换为SPWM波形如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。
根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。
要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。
SPWM波形的生成输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。
s图2 全桥逆变电路的工作状态输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。
图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。
单极性倍频spwm原理_单极性倍频SPWM调制的逆变电源系统详解
单极性倍频spwm原理_单极性倍频SPWM调制的逆变电源系统详解随着电力电子技术的发展，人们对逆变电源的要求也越来越高。
在大功率逆变电源场合，流过主电路上的器件电流非常大，作为开关管的IGBT 上流过的电流可达几百安，所以一般所选的开关管容量比较大，这就导致调制时的开关频率不能过高。
本文首先介绍了主电路与三环控制，其次介绍了单极性倍频SPWM调制，最后阐述了系统实验分析wNN，具体的跟随小编一起来了解一下。
一、主电路与三环控制逆变器主电路结构如图1所示，主电路采用全桥结构，输出端连接了LC 滤波器滤除高次谐波。
开关管的驱动信号由三角波和正弦波比较匹配得到。
三环控制结构图如图2所示，由内到外分别为瞬时值电容电流环、瞬时值电压环和电压有效值环。
其中：瞬时值电流环的主要作用是校正输出电压波形;瞬时值电压环主要作用是校正输出电压的相位，并提高系统的动态性能;电压有效值环的主要作用是使输出电压稳定在所需要的电压幅值。
电流瞬时值内环和电压瞬时值外环均采用P调节器，最外环电压有效值环采用PI 调节器。
图3和图4 分别为采用三环控制的逆变电源系统从满载到空载和空载到满载的波形仿真图，图3中Uo为输出电流。
由图3-4 可知，切载时电压幅值基本保持不变，说明系统具有较好的动态特性。
在常规SPMW波调制中，开关频率和输出脉冲频率是相等的，但是在大功率条件下，开关频率不能过高，原因主要：
①开关频率过高会导致开关损耗增大;
②会使开关管发热严重，长时间运行会损坏开关器件;
③开关频率过高，出现擎住效应的几率增大;
④大容量开关器件高速通断，会产生很高的电压尖峰，有可能造成开关管或其他元件被击。
spwm工作原理
spwm工作原理
SPWM（正弦波脉宽调制）是一种常见的电力电子技术，可用于将直流电源转换为交流电源。
其工作原理是通过改变脉冲宽度来模拟产生一个高频的正弦波信号。
SPWM的原理基于三角波和参考信号之间的比较。
首先，通
过一个三角波发生器产生一个连续的三角形波形，并设定一个参考正弦波信号。
这个正弦波信号的频率和幅值是由外部的反馈信号或控制参数决定的。
然后，将三角波和参考信号输入到一个比较器中进行比较。
比较器会将比较结果转化为一个相应的脉冲信号。
如果参考信号的幅值大于三角波的幅值，那么脉冲的宽度就更长。
反之，如果参考信号的幅值小于三角波的幅值，脉冲的宽度就变窄。
这样，通过不断改变脉冲宽度，就可以模拟生成一个高频的正弦波信号。
最后，通过电路中的滤波器将脉冲信号转换为平滑的交流信号。
滤波器可以去除脉冲信号中的高频成分，使输出信号更接近于所需的正弦波形。
通过不断调节参考信号或控制参数，可以改变输出信号的频率和幅值，实现对输出信号的调节。
总的来说，SPWM的工作原理是通过比较三角波和参考信号，根据比较结果来调节脉冲宽度，从而模拟产生一个高频的正弦
波信号。
这种技术在以太阳能逆变器、无线通信和电机控制等领域中得到广泛应用。
SPWM原理
SPWM 原理：
以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高的多的等腰三角波作为载波，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波，当调制波与载波相交时，由他们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄，中间宽的一系列等福不等宽的矩形波。
SPWM 的原理为在控制电路中调制，在主电路中输出。
在控制电路中，一个频率为r f 幅值为r U 的参考正弦波sin W （调制信号）加载于频率为c f 幅值为c U 的三角波∆W （载波）后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM 波spwm W （已调制波），用已调制波的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即可得逆变器输出与已调制波spwm W 相似的SPWM 电压波形。
调制度M ；正弦调制波参考信号幅值rm U 与三角载波幅值cm U 之比。
cm
rm U U M = 载波比N ；三角载波频率c f 与正弦调制波参考信号频率r f 之比。
r
c f f N = 同步调制是N 为常数的调制方式。
采样点和开关点重合的调制方式为自然采样。
自然采样的优点为：1.基波幅值与调制度M 成正比，利于调压。
2.高次谐波随着载波比N 与调制度M 的增大而减小，有利于波形的正弦化。
单、三相双极性SPWM逆变电路
计算机仿真实验报告专业：电气工程及其自动化班级：11电牵4班姓名：江流在班编号：26指导老师：叶满园实验日期：2014年5月22日一、实验名称：单、三相双极性SPWM逆变电路MATLAB仿真二、目的及要求了解并掌握单、三相双极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MATLAB中对Simulink的使用及模块封装、参数设置等技能； 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。
三、实验原理1.单相双极性SPWM逆变的电路原理2、单相双极性SPWM逆变电路工作方式单相桥式逆变电路双极性PWM控制方式：在Ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两种电平。
同样在调制信号Ur和载波信号Uc 的交点时刻控制器件的通断。
Ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。
当Ur>Uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。
如I0>0，V1和V4通，如I0<0，VD1和VD4通，U0=Ud 。
当Ur<Uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。
如I0<0，V2和V3通，如I0>0，VD2和VD3通，U0=-Ud 。
这样就得到如下所示的双极性的SPWM波双极性SPWM控制方式波形3.三相双极性SPWM逆变的电路原理图三相SPWM逆变电路4、三相双极性SPWM逆变电路工作方式为：四、实验步骤及电路图1、建立单相双极性SPWM逆变电路MA TLAB仿真模型。
以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：2、单相双极性SPWM逆变电路参数设置本实验设置三角载波的周期为t，通过改变t的值改变输出SPWM矩形波的稠密，从而调节负载获取电压的质量。
设置正弦波周期为0.02s，幅值为1。
直流电源幅值为97V，三角载波幅值为1.2V，三角载波必须依次交替输出正三角波和负三角波，这可以通过让三角载波同与之周期相同的、依次交替输出1和-1的矩形波相乘实现。
SPWM逆变原理及控制方法
如何利用电力电子器件的开通和关断两 种状态实现 电能四大基本状态之间的转换 就是电力电子学所要研究的核心内容
3
2.1 SPWM基本原理
理想开关：
¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 导通电阻为0，即：通态压降为0 关断电阻为∞ 不考虑开通和关断时间，即：瞬时开通和关断 导通电阻不为0，通态压降为2V左右 关断电阻也不为∞，有少量漏电流 需要一定时间才能完全开通和关断，一般在10us以下
实际电力电子器件（开关）：
理论分析一般都采用理想开关。在涉及散热系 统设计、死区时间选取、器件串并联设计、器件保 护等方面时，将必须按实际电力电子器件考虑
4
2.1 SPWM基本原理
实现电能四种基本形态的转换就是利用PWM 调制 • PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制技 术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等 效的获得所需要的波形（形状和幅值） • SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation） 正弦脉宽调制技术：通过对一系列宽窄不等的 脉冲进行调制，来等效正弦波形（幅值、相位 和频率）
V4
V1
TD
V1
V1* V4 V4*
21
2.2 SPWM逆变及其控制方法
• 特定谐波消去法（计算法）
Selected Harmonic Elimination PWM—SHEPWM 这是计算法中一种较有 代表性的方法 输出电压半周期内，器 件通、断各3次（不包括 0和π），共6个开关时 刻可控 为减少谐波并简化控 制，要尽量使波形对称
2.2 SPWM逆变及其控制方法
• 自然采样法
1
TC
为简单起见，在计算机内部一般进行标称化，假定三角波最大 值为1
正弦波脉冲宽度调制(SPWM)逆变电路
5.3.1 SPWM波形控制基本原理 5.3.2 单相SPWM控制原理 5.3.3 三相桥式SPWM逆变电路 5.3.4 SPWM逆变电路的同步调制和异步调制
第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.3.1 SPWM波形控制基本原理
5.3.1 SPWM波形控制基本原理 面积相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，
一定频率范围内，采用同步调制可以保持波形对称 的优点；低频段又采纳了 异步调制的长处。
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53正弦波脉冲宽度调制spwm逆变电路531531spwmspwm波形控制基本原理波形控制基本原理532532单相spwm控制原理533533三相桥式三相桥式spwmspwm逆变电路逆变电路534534spwmspwm逆变电路的同步调制和异步调制逆变电路的同步调制和异步调制目录退出返回上页下页531spwm531spwm波形控制基本原理波形控制基本原理面积相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上其效果基本相同
1. 载波比N为常数，变频时三角载波频率和正弦 调制频率同步变化的调制方式称为同步调制方式
2异步调制 载波比N不为常数，变频范围内三角载波频率和正弦 调制频率不保持同步变化关系的调制方式称为异步
调制方式。 一般来说，同步调制适用于输出的高频段，
异步调制适用于输出的低频段。
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如把上述脉冲列用同数量等幅不等宽的矩形脉冲列来 代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，
且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（冲量）相等， 就得到图6-10(b)所示的脉冲序列PWM波形。如 PWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化称为SPWM波。
spwm原理
spwm原理
脉宽调制（SPWM）是一种用于控制交流电源输出的方法。
其原理是通过调整脉冲宽度来控制电源输出的平均值。
脉宽调制通常被用于变频器、电机控制和逆变器等应用中。
脉宽调制的原理是将一个固定频率的正弦波信号与一个可调节脉冲宽度的方波信号进行比较。
比较的结果可以用来调整输出的脉冲宽度，从而实现对电源输出电压或电流的控制。
在SPWM中，首先需要确定一个基准正弦波信号，其频率通
常与所需要的输出电源频率相同。
然后，通过一个比较器来将基准正弦波信号与方波信号进行比较。
比较器的输出结果可以用来控制开关电路的开关状态。
当基准正弦波信号的幅值大于方波信号的幅值时，开关电路闭合；当基准正弦波信号的幅值小于方波信号的幅值时，开关电路断开。
通过调整方波信号的脉冲宽度和占空比，可以控制开关电路开关的时间比例。
因此，通过调整方波信号的脉冲宽度，就可以实现对输出电压或电流的控制。
脉宽调制技术具有高效、精确和可靠的特点。
它可以通过调整脉冲宽度来实现对输出功率的精确控制，从而充分利用电源的能量。
此外，脉宽调制技术还可以有效减小电源的谐波失真，提高电源的功率因数，以及降低电源的噪声和干扰。
总之，脉宽调制技术是一种有效的电源控制方法，通过调整脉冲宽度来实现对输出电压或电流的精确控制。
它在各种应用中
都有广泛的应用，为电力系统的稳定运行和节能减排提供了重要的支持。
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对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。
更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。
这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。
面积等效原理转换
把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。
7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。
图1 用面积等效原理转换为SPWM波形
如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。
根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。
要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。
SPWM波形的生成
输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。
s
图2 全桥逆变电路的工作状态
输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。
图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。
在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。
在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得
到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。
在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。
在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R 上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。
这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。
SPWM逆变器输出的正弦波交流电电压uof的峰值uofm小于输入的直流电压ud，把uofm/ud 称为直流电压利用率，对于单相SPWM电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。
对于输出相电压（有效值）为220V单相交流电的逆变电路输入直流电压要高于310V。
SPWM逆变器输出电压与ur/uc成正比，保持载波uc不变，改变调制波ur的大小即可控制输出交流电压的大小。
当然，调制波ur峰值要小于载波uc峰值。
图3 单极性PWM波形生成原理
过去采用模拟电路产生调制信号，精密而高速的电压比较器对ur和uc进行比较，当两电压相同时及时控制开关晶体管进行通断切换，但模拟电路结构复杂，也难以实现精确的控制。
采用微处理器直接计算出控制点称为计算法，但计算法较繁琐，计算量大，较少使用。
现在已有专用的集成电路用来产生SPWM调制信号，微处理器仅对其发出输出频率、电压等参数就可产生高精度控制信号，输出完好的正弦波，微处理器就有很多时间对整个逆变器进行检测、保护等控制。
这种方式电路简单、效果好、可靠性高，是目前广泛使用的控制方法，有关内容请另找专业书籍或资料。
下面是SPWM逆变器开关管通断切换与波形动画，动画左面是开关管通断切换动画，右面上部分是调制信号动画，右面下部分是输出电压波形动画。
SPWM逆变器波形动画
以上介绍的是单相的逆变过程，使用最多的是三相逆变器，三相逆变电路则需三套SPWM调制电路，同步进行控制。
图4是三相逆变器的主电路图，开关管T1至T6组成桥式逆变电路，通过三相SPWM调制控制，输出三相交流电，RA、RB、RC是三相负荷，按星形接法，中性线接点为N。
电阻R1与R2大小相同、电容C1与C2大小相同，它们在直流输入侧建立中性点N，该点电位为Ud/2，两个N点都是中性点，当三相负荷RA、RB、RC相同时，两个N点电位相同，两个N点可以连接。
实际应用中多数不连接N点，输入端R1、R2、 C1、C2只需一个滤波电容即可。
有关SPWM调制三相逆变电路较复杂，具体内容请另找专业书籍或资料。
图4 三相逆变电器主路
对于三相SPWM逆变器的直流电压利用率是输出的正弦波线电压（峰值）与输入的直流电压之比，理论值最大为0.866，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于0.866。
对于输出线电压（有效值）为380V三相交流电的逆变电路输入直流电压要高于620V。
从理论上讲，三角波（载波）频率越高，输出波形越接近正弦波。
实际上，开关管的通断变化虽然很快，但仍需要一定的时间，在这个时间段里，开关管要承受高电压，大电流的冲击，功耗很大，高频率切换不但加大损耗降低电源效率，还可能使管子发热烧毁。
一般逆变器的载波频率约几千赫兹，小功率的频率高些，大功率逆变器的频率低些。
SPWM波形由方波组成，含有较多谐波成分，必须采用输出滤波器使输出波形正弦化。
图5是滤波器常用的4种类型，要根据用户电路的特性选用，最常用的还是（b）图所示的LC 滤波器。
要选择合适的L值与C值，如果设计不当，反过来会降低系统的动态性能，甚至使系统不稳定。
图5 常用滤波器
逆变器的图形符号见图6。
图6 整流器逆变器的图形符号。