SPWM脉宽调制控制系统设计
脉宽调制(SPWM)变频调速系统分析
ｓ ＷＭ 系统 由 主 网路 和控 制 回路 两 部 输 入 端 ：Ｃ ， Ｃ ，Ｃ Ｐ Ｆ ＴＶ ＴＲ Ｔ和 Ｏ Ｔ Ｈ Ｆ ７２芯 列 和相 应 正 弦部 分 面 积 ｆ 量 ） 等 ， 町得 Ｃ 。 Ｅ ４５ 冲 相 就
分 组 成 。 变频 的 主 电路 用 交 — — 直— — 交 片输 六 路 正 弦 脉 宽 调 制 脉 冲信 号 ，脉 冲 到 如 图 １ 下 半 部 分 ） 示 的 脉 冲序 列 。 这 （ 所
ＭＯＶ Ｔ ｉ Ｌ， Ａ
为 １ ． 此 ， １为 １ ３因 Ｌ ３个 机 器 周 期 。Ｃ Ｕ虽 Ｐ 在 执 行 第 一 条 指 令 Ｃ Ｒ Ｔ ｉ 停 止 定 时 器 Ｉ Ｒ 后 计 数 ， 在 Ｔ ｉＴ ｉ 分 别 保 存 了 但 Ｌ 、Ｈ 中 的低
ＭＯ ０ Ｏ Ｈ Ｒ Ｖ Ｒ ， Ｏ ；０清 零 ＃
Ｓ Ｂ ＃ Ｉ Ｈ（ ０ ＋ ３；２ ６的高 ８ Ｕ Ｂ Ａ． Ｇ １ ０ １） １ Ｈ ０ 位 减 去 （ ＋１的 高 ８位 送 Ａ Ｌ Ｌ） ０ Ｌ＋２的高 ８ 送 Ｔ ｉ １Ｌ １ 位 Ｈ
Ｓ ＷＭ装置具有较全面 的电气保 护性 的 。 于 正 弦 波 的负 半 周 ， 可 以用 同样 的 Ｐ 对 也
电路 。 流器 采 用 二 极 管 整 流 ， 高 了 交 流 能 ， 有 故 障 检 测 电路 ， 整 提 设 能对 过 流 、 压 、 过 短 方法 得到 Ｐ ＷＭ 波形 。像 这种 脉冲 的宽度
电 网 的功 率 冈 数 ， 善 了 电 网 波形 畸变 。 改 逆 路 等 故 障 进 行 检测 并 显 示 处 理 ， 于 使 用 、 便 变 器 采用 晶体 管 桥 式 电 路 由 脉 宽 调 制 波 来 维 修 。 控 制 晶体 管 的 导 通 与关 断 ，供 给 电 机 可 变 １ Ｓ Ｗ Ｍ 变 频 调 速 基 本原 理 ． ２ Ｐ 频 率 和可 变 电压 的 交 流 电 ．使 电 动 机 电 流
变频器的SPWM控制技术
变频器的SPWM控制技术随着现代电子技术的飞速发展，无论是家庭电器还是工业机器，对电力质量和效率的要求越来越高。
而交流电源并不能满足工业设备对电量和电流大小的需求，为此出现了变频器的SPWM控制技术。
一、SPWM控制技术简介SPWM一般指的是正弦波脉宽调制技术，其过程是通过对交流电源进行采样和比较，以最接近正弦波的方式改变直流电压的形状，达到减少谐波并输出接近正弦波的交流电的目的。
对于高精度变频器而言，采用SPWM控制技术进行调制的方式较为常见。
二、SPWM控制技术的优点1.精度高：SPWM控制技术能够实现精确的无级调节，可以根据生产需求更加精准地控制变频器输出电流的大小和频率。
2.输出电流波形好：由于控制电路与滤波电路有效配合，SPWM控制技术可以输出干净、稳定的正弦波电流，减少谐波，降低过电磁干扰和噪声污染。
3.节电节能：SPWM控制技术可以有效地提高能源的利用率，使得设备在工作过程中节能、降噪、减少能源的浪费。
三、SPWM控制技术的应用领域SPWM控制技术被广泛应用于变频器、UPS、空调、锅炉、电机、电源等领域。
特别是在高精度变频器控制中，SPWM控制技术发挥了重要的作用。
四、SPWM控制技术的发展趋势当前，随着技术的不断提升，SPWM控制技术将更加智能化、高效化和自动化。
比如，通过采用FPGA技术实现SPWM控制，可以大量减少功耗和运算时间，提高SPWM的控制精度，同时SPWM控制技术也将更加人性化，减少对技术工人的依赖。
五、总结变频器的SPWM控制技术对于提高工业设备的效率和降低能源的浪费具有重要的作用，其优点主要是精度高、输出波形好、节电节能等。
SPWM控制技术的应用领域十分广泛，并且随着技术的不断提升，SPWM控制技术将更加人性化、智能化和高效化，为现代工业的快速发展提供强有力的支撑。
multisim仿真教程正弦波脉宽调制SPWM逆变电路业界精制
技术教育
1
如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面 积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替， 就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样， 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形 与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可 用相同的方法来等效。
技术教育
2
SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波 脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的 开关元件，由控制线路按一定的规律控制开 关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得 一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉 宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正 弦电压波。
方向变化，所得到输出电压的PWM波形也只在 一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制 方式。
3. 双极性PWM控制方式
技术教育
15
图11.8.2的单相桥式逆变电路采用双极性PWM 控制方式的波形如图11.8.4所示。在双极性方
式中ur的半个周期内，三角波载波是在正、负
两个方向变化的，所得到的PWM波形也是在两
11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理
1. SPWM控制的基本原理 图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形，
并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成 由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲 的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且 脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变 化。
技术教育
8
如负载电流较大，那么直到使VT4再一次导通之 前，VD3一直持续导通。如负载电流较快地衰减 到零，在VT4再一次导通之前，负载电压也一直
为零。这样，负载上的输出电压uo就可得到零
和UD交替的两种电平。
技术教育
9
7 SPWM脉宽调制控制系统设计(李培培)
附件6毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：SPWM脉宽调制控制系统设计系部：专业：学号：学生：指导教师（含职称）：专业负责人：1．设计（论文）的主要任务及目标脉宽控制技术（PWM）是非常重要的电力电子控制技术，对提高电力电子装置的性能，促进电力电子技术的发展有着巨大的推动作用。
其中，正弦脉宽调制技术（SPWM）是应用最广泛的PWM 技术。
本设计要求了解SPWM数字化自然采样信号发生的基本原理，数字化自然采样法是通过A/D转换器采样得到数字化的正弦波，然后与FPGA内部产生的数字化三角载波通过数字化比较器得到。
设计的主要内容是采用数字化自然采样法设计出载波频率为10kHz，调制波频率1-60Hz可调的SPWM方波信号，SPWM脉宽占空比0%-100%可调，即调制度0-1可调。
本设计是基于FPGA硬件平台开发SPWM数字化自然采样信号发生的过程，所有电路模拟的具体设计是使用VHDL语言与原理图结合进行描述，可编程芯片选用EP1C6Q240C8，并在QUARTUSⅡ开发软件下完成编译、综合、布局布线和仿真，最后通过下载实验，并在示波器上显示出SPWM波形。
其中，可根据要求调节信号发生器的开关频率及其幅值，实现占空比可调的SPWM波。
2．设计（论文）的基本要求和内容1）掌握正弦脉宽控制技术（SPWM）的原理及应用；2）给出实现SPWM的组成框图；3）了解FPGA芯片EP1C6Q240C8的结构特点，掌握VHDL语言和Quartus II软件的使用；5）在Quartus 环境下进行SPWM脉宽调制控制系统各功能模块的VHDL设计6)完成系统的顶层设计,仿真、编译、下载，进行硬件测试。
3）3．主要参考文献4．进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期12345注：一式4份，系部、指导教师各1份、学生2份：[毕业设计（论文）]及答辩评分表各一份。
基于MATLAB的脉宽调制(PWM,SPWM,SVPWM)
第1章绪论1.1 脉宽调制技术的研究背景——电气传动的发展随着电力电子技术、微处理器技术的发展以及材料技术尤其是永磁材料技术的进步，电气传动系统，包括交、直流电动机调速及伺服系统，正在向系统高性能、控制数字化、一体化机电的方向发展。
直流传动系统控制简单、调速特性好，一直是调速传动领域中的重要组成部分。
现代的直流传动系统的发展方向是电动机主极永磁化及换向无刷化，而无刷直流电动机正是在这样的趋势下所发展起来的机电一体化电动机系统。
一般意义上的无刷直流电动机(Bruhless DC Motor,BLDCM)是指方波无刷直流电动机，其特征是只需简单的开关位置信号即可通过逆变桥驱动永磁电动机工作。
1975年无刷直流电动机首次出现在NASA报告中。
之后，由于高性能、低成本的第三代永磁材料的出现，以及大功率、全控型功率器件的出现，使无刷直流电动机系统获得了迅速的发展。
1977年，出现了采用钐钻永磁材料的无刷直流电动机。
之后不久，无刷直流电动机系统开始广泛采用高磁能积、高矫顽力、低成本的第三代NdFeB永磁材料，且采用霍尔元件作位置传感器，采用三相全桥驱动方式，以提高输出转矩，使其更加实用。
1986年，H.R.Bolton对方波无刷直流电动机系统进行了全面的总结，这标志着方波无刷直流电动机系统在理论上、驱动控制方法上已基本成熟。
近年来，虽然永磁直流电动机也随着永磁材料技术的发展而得到了性能的提高，依然在直流传动系统中被广泛应用，但直流传动系统已经处于无刷直流电动机大规模普及与应用的阶段。
现代交流传动系统已经由感应电动机为主发展为多机种，尤其是以永磁同步电动机的发展最为显著。
一方面，由感应电动机构成的交流调速系统性能依然不断提高，变压变频(VVVF）技术及矢量控制技术完全成熟。
通过模仿直流电动机中转矩控制的思路，采用坐标变换，把交流感应电动机的定子电流分解成励磁分量和转矩分量，并通过对磁通和转矩的独立控制、使感应电动机获得类似直流电动机的控制特性。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告
实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。
(2)熟悉ICL8038的功能。
(3)掌握SPWM波产生的基理。
(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
2.实验原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。
主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图4-1 主电路结构原理图如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
(2)驱动电路:如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。
其特点如下：①采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
脉冲宽度调制(PWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)变频技术简介
变频技术之PWM调制技术与SPWM调制技术详解变频技术通过改变电力信号的频率来调节电动机、压缩机和其他电气设备的运行速度。
在实际应用中，变频器是变频技术的核心装置，而脉冲宽度调制（PWM）技术和正弦波脉宽调制（SPWM）技术是实现变频器控制的重要手段。
什么是PWM调制技术PWM调制技术通过控制脉冲信号的宽度，实现对输出电压的调节。
在变频技术中，PWM被广泛应用于变频器中，以控制电动机的速度和转矩输出。
通过改变脉冲信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以实现对电动机的精确控制。
当需要增大输出电压时，增加脉冲信号的宽度；当需要减小输出电压时，减小脉冲信号的宽度。
这种方式使得电动机可以在不同负载条件下保持稳定的转速和扭矩输出。
同时，PWM调制技术还具有响应快、控制精度高、效率高等优点，被广泛应用于各种电力控制系统中。
PWM调制波形如图1所示：图1PWM调制波形PWM技术具有以下优点：高效性：由于PWM技术可以通过调整脉冲宽度来控制电机的输出电压和频率，因此可以实现电机在不同负载条件下的高效运行。
通过减小电机额定电压，PWM技术可以降低电机的功耗，提高整体效率。
精确控制：PWM技术具有响应速度快、控制精度高的特点。
通过微调脉冲宽度和周期，可以实现对电机转速和扭矩的精确调节，满足不同应用的需求。
减少机械冲击：PWM技术可以实现电机的软启动和软停止，减少了机械系统的冲击和磨损，延长了设备的使用寿命。
尽管PWM技术具有许多优点，但也存在一些局限性：谐波问题：PWM技术在产生脉冲信号时会引入谐波成分，可能对电力网络和其他设备造成干扰。
为了减少谐波，需要采取滤波和抑制措施，增加了系统的复杂性和成本。
开关损耗：PWM技术使用高频开关装置，开关的频繁操作会产生开关损耗。
这些损耗会转化为热能，需要适当的散热系统来冷却电路。
EMI干扰：由于高频开关操作，PWM技术可能会产生电磁干扰（EMI），对周围的电子设备和无线通信系统造成干扰。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SPWM脉宽调制控制系统设计
一、作品名称：SPWM脉宽调制控制系统设计
二、原理：脉宽控制技术（PWM）是非常重要的电力电子控制技术，对提高电力电子装置的性能，促进电力电子技术的发展有着巨大的推动作用。
其中，正弦脉宽调制技术（SPWM）是应用最广泛的PWM 技术。
SPWM（Sinusoidal PWM）在高性能电机驱动、步进电机细分控制、变频电源、电力电子逆变控制等方面有重要的应用。
特别是随着FPGA技术进入这一行业，使SPWM技术的应用更有了长足的进步，使其得到了更高效、更深入和更广泛的应用。
相对于空间矢量PWM、随机采样PWM、电流滞环PWM、自然采样PWM、等面积采样PWM或规则采样等方式的PWM，正弦采样的PWM在逆变控制等技术应用中，产生的谐波含量最小，因此应用也最广泛。
数字方式产生SPWM 波的原理如图1-1所示，其中等腰三角波是载波，正弦波是调制波，当这两路信号经过一个数字比较器后输出图1-1下方的脉冲波形，即SPWM波。
当正弦波大于三角波时，比较器输出1，反之输出0。
三角波与正弦波的频率比称为载波比；它们的频率如果等比例增减则为同步调制方式，否则就是异步调制方式。
载波频率通常为数十KHz，载波比为数百。
图1-6是基于5E+系统的SPWM波发生器的基本电路图。
其中PLL20输出两路时钟，一路C0，输出3.6MHz，为三角波信号发生器提供载波时钟；另一路C1输出200kHz，为正弦波调制信号提供时钟。
CNT10B是10位计数器，其一为三角波发生模块TRANG提供递增数据。
另一CNT10B是正弦波数据ROM的地址发生器。
ROM10模块的数据可用生成的mif 生成器产生，深度是1024，数据宽度是10位。
当下载图1-6的设计于5E+系统后，利用逻辑分析仪进行分析，看SignalTap II实测的波形与图1-1的波形是否有很好的对应关系。
图1-1 SPWM波生成原理图
三、步骤
1、打开Quartus Ⅱ，进入图形编辑器。
存入新创建的文件夹sinusoidal PWM中，取名为SPWM，并把它创建工程。
分别定制PLL20、CNT10B、ROM10、CMP1模块。
（1）定制PLL20模块。
如图1-2所示:
图1-2 PLL20的定制图1-3 CNT10B的定制
（2）定制CNT10B模块。
如图1-3所示：
（3）定制ROM10模块（注意要先生成的MIF文件）。
如图1-4所示：
图1-4 ROM10的定制图1-5 CMP1的定制
（4）定制CMP1模块。
如图1-5所示：
（5）定制三角波发生器模块。
文本编辑如下，生成TRANG三角波发生器模块。
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;
USE ieee.std_logic_unsigned.all;
USE ieee.std_logic_arith.all;
ENTITY TRANG3 IS
PORT ( ADR : IN std_logic_vector(9 downto 0);
OUTD : OUT std_logic_vector(9 downto 0));
END TRANG3;
ARCHITECTURE rt1 OF TRANG3 IS
SIGNAL OT1: std_logic_vector(9 downto 0);
SIGNAL CC: std_logic_vector(10 downto 0);
BEGIN
process (ADR,CC) begin
IF (ADR<"1000000000") THEN
OT1(9 downto 1) <= ADR (8 downto 0); OT1(0)<='0';
ELSE CC<="10000000000" + (NOT ADR);
OT1(9 downto 1) <= CC (8 downto 0); OT1(0)<='0';
END IF;
end process;
OUTD<=OT1;
END rt1;
2、把生成的各个模块连接起来，组成SPWM发生器基本电路图。
如图1-6所示：
图1-6 SPWM波发生器基本电路图
3、全程编译。
选择Processing→Start Compliation，启动全程编译。
编译无错误。
4、连接好硬件，在硬件上测试它的SignalTap II波形。
测试结果如图1-7所示：
图1-7 电路的SignalTap II实测波形
四、结果分析：从仿真波形可以看出，波形有很好的对应关系。
五、心得体会：课程刚开始的时候，对EDA技术很陌生，也感到很茫
然，也非常没有信心，但其中还有一丝期待。
刚接触到可编程器件的时候，看到大家同样感到很迷惘。
随着课程的学习和老师布置的任务的学习，也渐渐的学会了软件的应用。
每一次作业和实验的成功够给了我很大的欣慰和继续下去的动力。
学习不一定非得痛苦，有时也可以是痛并快乐着。
通过一学期的学习，我认识到学习不单单要将理论知识学扎实了，更重要的是实际动手操作能力。
老师一直都注重我们动手方面的训练，让我们练习书本上的例题。
书上的例题都有很详细的讲解，所以学习起来并不是很吃力。
但是这次的作品，让我真正体会到了学以致用。
俗话说，练兵千日，用兵一时。
这次的作品把平时的练习结合在了一起，需要对每一个子模块的编写和调试。
当每一个子模块编写调试成功时，心里特别的开心。
在调试中也遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是有错误，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了，心里终于舒了一口气。
硬件的测试也需要很大的耐心。
通过这次作品设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性。
只有理论知识是远远不够的，还需要把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这些都是需要我在以后的学习中需要去学习和巩固的。