电力电子spwm-调制
spwm原理
spwm原理
Spwm（全称Space Vector Pulse Width Modulation空间矢量脉宽调制）是一种脉宽调制的技术，它的工作原理是将多相电路的控制电压经由三相线性变换，转换成三相空间矢量，覆盖基三角形之下的六个等边三角形，以此来实现自变换。
在任何一个瞬间，由于只有三个相位和两个矢量之间的转换，这就解释了为什么说spwm是一种2至3状态变化，它可以将多相电路同步成为可控电流，从而可以控制多相设备的供电。
与普通的脉宽调制相比，spwm有以下优势：它可以生成更宽的调制范围，由于它加入了空间矢量，可以更好地抑制电动机电流和电压逆变；它可以更快地把电流转换完成；它还具有很高的非线性和负载容性，能够更好地应对各种环境振荡，最重要的是，其运行对环境没有辐射影响。
因此，由于其良好的特性，Spwm在电动机领域，特别是传动电机控制，驱动系统等领域，被广泛的应用。
spwm原理
spwm原理SPWM原理。
SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）是一种脉冲宽度调制技术，它可以将直流电压转换成交流电压。
在现代电力电子技术中，SPWM已经被广泛应用于变频调速、逆变器、电力调制等领域。
本文将介绍SPWM的原理及其在电力电子领域中的应用。
SPWM的原理非常简单，它通过控制脉冲的宽度来实现对输出电压的调节。
在SPWM中，脉冲的宽度与输入信号的幅值成正比，通过不断改变脉冲的宽度，可以模拟出一个接近正弦波形的输出电压。
这种方法可以有效地减小谐波含量，提高输出波形的质量。
在实际应用中，SPWM主要通过比较器和可编程逻辑器件来实现。
首先，输入信号与一个三角波信号进行比较，得到一个脉冲信号。
然后，通过改变比较器的阈值电压，可以控制脉冲的宽度，从而实现对输出电压的调节。
这种方法不仅简单高效，而且可以实现高精度的输出波形控制。
SPWM在电力电子领域中有着广泛的应用。
最典型的应用就是逆变器，逆变器可以将直流电压转换成交流电压，通过控制SPWM的脉冲宽度，可以实现对输出电压的调节。
此外，SPWM还可以用于变频调速系统，通过改变输出电压的频率和幅值，可以实现对电机转速的精确控制。
在电力调制领域，SPWM也可以实现对电力质量的提升，减小谐波含量，改善电网稳定性。
总的来说，SPWM是一种简单高效的脉冲宽度调制技术，它可以实现对输出波形的精确控制，减小谐波含量，提高电力质量。
在现代电力电子技术中，SPWM 已经成为了不可或缺的一部分，它在逆变器、变频调速、电力调制等领域发挥着重要作用。
随着科技的不断发展，相信SPWM技术会有更广阔的应用前景。
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。
电力电子spwm 调制
AE
ure
B
te
t
t1
t2
t3
Tc
t
图1.2.3 SPWM脉冲信号规则 采样法生成原理
AE B
te
ure 并根据相似三角形的几何关系容易得
出规则采样法SPWM脉宽 t2以及脉
t 冲间隙时间 t1 、t3 的表达式分别为
冲全为负极性脉冲。为此，必须采用使三角波形极性与正弦 调制波极性相同的所谓单极性三角载波调制，如下图所示（左
图：调制波形，右图：生成电路）
uc ur
O
π
2πt
uab ui
O
t
a)
uucr
+_A UA
-1
UG1,VT1 UG2 ,VT2
+_B UB
UG4 ,VT4
-1
UG3 ,VT3
b)
观察三角波和正弦波 可知，在正弦波的正 半周期，三角波也为 正，负半周期亦如此
如右图所示
1.1 调制方式
在SPWM逆变器中，载波频率 f c 与调制信号 频率 f c 之比 N fc / fr ,称之为载波比。根 据载波与信号波是否同步及载波比的变化 情况，SPWM逆变器调制方式分为同步调制 与异步调制
(1) 同步调制
对于任意的调制波频率 fr ，载波比N保持恒定的脉宽调制 成为同步调制。
截止，T2 导通，这时 Van -VD / 2；当 Vr > -Vc 时，使T3截止，T4导通，这 时 Vbn -VD / 2 ，当 Vr < -Vc 时，使T3导通，T4截止，这时 Vbn VD / 2 。输 出电压Vab Van Vbn ，从而 Vab 可能出现。三种情况，分别为T1、T4同时导通
spwm的基本原理及应用
SPWM的基本原理及应用1. 什么是SPWMSPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）是一种广泛应用于电力电子系统中的调制技术。
它的基本原理是通过改变脉冲的宽度来控制电平的占空比，从而实现模拟信号的传输和处理。
2. SPWM的基本原理SPWM的基本原理是将模拟信号转化为脉冲信号，并通过改变脉冲的宽度来控制输出电平的大小。
其过程可简要描述如下：•将模拟信号与参考信号进行比较，得到比较值；•根据比较值生成目标脉冲宽度；•根据目标脉冲宽度生成脉冲信号；•将脉冲信号经过滤波器处理，得到SPWM波形；•将SPWM波形用于控制电力电子系统中的各种元件。
3. SPWM的应用SPWM在电力电子系统中有广泛的应用，主要体现在以下几个方面：3.1 变频调速SPWM可用于交流电机的调速控制。
通过改变SPWM信号的占空比，可以调节交流电机的转速。
这种调速方式可以实现平稳的启动和较宽的速度调节范围，被广泛应用于工业生产中。
3.2 逆变变换SPWM可以将直流电能转换为交流电能。
通过对输入电压进行SPWM控制，可以实现直流电源向交流电源的转换。
这在太阳能光伏系统和风能发电系统中得到了广泛应用。
3.3 无线通信SPWM可以用于调制和解调无线通信信号。
通过控制SPWM信号的频率和幅度，可以实现数据的传输和接收。
这在无线通信领域中被广泛应用，如蓝牙、Wi-Fi等。
3.4 其他应用领域除了上述应用之外，SPWM还可以用于灯光控制、UPS系统、电力质量调节等方面。
它能够实现高效能的能量转换和精确的信号调节，广泛应用于各种电力电子设备中。
4. 结语SPWM作为一种重要的调制技术，具有广泛的应用前景。
通过对模拟信号的转换和脉冲宽度的调节，它能够实现多种电力电子系统的控制和调节。
在未来的发展中，SPWM将会进一步完善和应用于更多领域，推动电力电子技术的发展。
SPWM调制方法对比分析
(a) 相 位 相 互 错 开 的 各 三 角 载 波
(b) Lx个 变 流 器 单 元 的 输 出 波 形
(c) Lx个 变 流 器 单 元 输 出 叠 加 波 形
(d) 一 个 变 流 器 单 元 输 出 频 谱
(e) Lx个 变 流 器 单 元 叠 加 组 合 输 出 频 谱
2.1.3 不对称规则采样法
如果既在三角波的顶点位置又在底点位置对正弦波进行采样，由采样值形成阶梯波，则此阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个三角波的周期内的位置是不对称的，。因此，这样的采样方法称为不对称规则采样法。在这里，采样周期Ts是三角波周期的1/2，即Ts=Tt/2。由图3可知
CTk=Jn(MLxQkm)sin(MLx＋n)
φTk=MLxφc＋nφkm (18)
4 结语
在采样法SPWM中，对称规则采样方法简单，但变频器的输出电压比较低；而非对称规则采样法在一个载波周期里采样两次正弦波数值，使采样值更真实地反映了实际的正弦波数值，其输出电压较高。但由于采样次数增加，增大了数据的处理量，当载波频率较高时，微处理器的运算速度成为一个限制因素。
各个变流器单元有相同的调制波信号，其幅值和相位分别为
Qkm
φLkm=φkm （14）
将Lx个变流器单元的输出波形叠加后，总的输出为
FT(t)=FL(t)=CLkcos(kωt＋φLk) （15）
（7）
即k=0，1，2，3，…，k为偶数时是顶点采样，k为奇数时是底点采样。
在对称规则采样中，实际的正弦波与三角载波的交点所确定的脉宽要比生成的PWM脉宽大，也就是说，变频器的输出电压比正弦波与三角波直接比较生成PWM时输出的电压要低。而非对称规则采样法在一个载波周期里采样两次正弦波数值，该采样值更真实地反映了实际的正弦波数值，其输出电压也比前者高。但是由于采样次数增大了一倍，也就增大了数据的处理量，当载波频率较高时，微处理器的运算速度将成为一个限制因素。
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。
逆变电路spwm调制PPT课件
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跟踪控制技术
• 2) 采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点 • ① 硬件电路简单，属于闭环控制。 • ② 系统具有较高的稳定性。 • ③ 具有快速的瞬态响应。 • ④ 电流型半桥电路容易产生失控。电流脉宽不等固然可以维持电感端压的伏秒值平衡，但却会导致电容电
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控制的基本原理
1. PWM的基本原理
• 在采样控制理论中的一个重要的 结论，就是当在一个惯性环节的 输入端施加面积相同但形状不同 的脉冲信号时，该环节的输出响 应中，低频段特性非常接近，仅 在高频段略有差异。而且输入信 号的脉冲越窄，输出响应的差别 越小。
• 图7.18(b)所示的等幅脉冲列就称 为脉冲宽度调制(PWM)波形，可 以看出该波形中各个脉冲的幅值 相等，而宽度是按正弦规律变化 的，根据面积等效原理，PWM
是换流方式中最简单的一种。适用于各种由全控型器件构成的电 力电子电路。
图7.3 电流强迫换流原理图
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器件换流方式
• 1. 电网换流(Line Commutation) • 利用电网提供换流电压进行换流称为电网换流。 • 2. 负载换流(Load Commutation) • 利用负载自身提供换流电压的换流方式称为负载换流。 • 3. 强迫换流(Forced Commutation) • 强迫换流是采用专门的换流电路，给欲关断的晶闸管强制施加反向电压或反向电流的换流方式。
• 2) 载波比K
M U rm U cm
K fc fr
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逆变电路的控制方式
4. PWM的异步调制和同步调制 • 1) 异步调制 • 在频率改变过程中，载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。 • 2) 同步调制 • 在变频时使载波和调制信号波始终保持同步，并保持载波比K等于常数的调制方式称为同步调制。 • 3) 分段同步调制 • 为有效克服上述同步、异步调制存在的缺点，将异步和同步两种调制方法结合起来，使在整个频率范围内
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（2）规则采样法
将自然采样法中的正弦调制波以阶梯调制波进 行拟合后一种简化的SPWM脉冲信号发生方法， 其原理如图所示
每个载波周期中，原正弦调制波与三角载波周 期中心线的交点就是阶梯波水平线段的中点。这 样三角载波与阶梯波水平线段的交点A、B两点就 分别落在正弦波的上下两边，从而减小了阶梯波 调制的误差。
演讲人：王宁
➢主要内容
一、SPWM工作原理
二、单极性SPWM工作原理 三、双极性SPWM工作原理
一、SPWM工作原理
SPWM（Sinusoide Pulse Width Modulation）即正弦波
脉冲宽度调制，它是脉冲宽度按正弦函数变化的
PWM调试。
在采样控制理论中有一个重要的结论—冲量等 效原理： 大小、波形不相同的窄脉冲变量作 用于惯性系统时，只要它们的冲量（面积）， 即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。 这里所说的效果基本相同，是指惯性系统的输 出或响应是基本相同的。
时，由于一个调制波周期中的脉冲数较少，脉冲波形的不对称性所 造成的基波相位跳动的相角相对变大。
由于载波频率 f c 固定，因而逆变器具有固定的开关频率。 当调制波频率 f r 变化时，载波比N与调制波频率 f r 成反比。 例如，当调制波频率 f r 变高时，载波比N变小，即一个周期的
脉冲数变少。
在同步调制方式中，由于载波比N保持恒定，因而当 f r 变化 时，调制波信号与载波信号应保持同步，即 f r 与 f c 成正比， 因此，同步调制具有以下特点： 由于载波频率 f c 与调制波频率 f r 成正比，因而当调制波频率 f r 变化时，载波频率 f c 也相应变化，这就使逆变器开关频率不固定。 例如，当调制波频率 f r 变高时，载波频率 f c 同步提高，从而使开 关频率变高。
t1
✓其原理如右A tB t
t'2 t'2'
t2
t3
Tc
t
图1.2.1 SPWM脉冲信号自然采 样法生成原理
若令三角载波幅值 u cm＝1，调制度为M，正弦调制波角频率
为 1 ，则正弦调制波的瞬时值为
ur Msin1t
1
A
由右图可知，并根据相似三角形的几何关系可
得自然采样法SPWM脉宽t2的表达式为
如右图所示
1.1 调制方式
在SPWM逆变器中，载波频率 f c 与调制信号 频率 f c 之比 Nfc/ fr ,称之为载波比。根 据载波与信号波是否同步及载波比的变化 情况，SPWM逆变器调制方式分为同步调制 与异步调制
(1) 同步调制
对于任意的调制波频率 f r ，载波比N保持恒定的脉宽调制 成为同步调制。
另外，由于A、B两点对于三角载波周期中心线 对称，因而使SPWM脉冲信号发生得以简化。
ωt o
ωt
b)
当载波比N为奇数时，由于SPWM波形的对称性，无论fr高 低，都不会导致基波相位的跳动。
由于同步调制时的开关频率随 f r 的变化而变化，所以对于 需要设置输出滤波器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而 言，输出滤波器参数的优化设计较为困难。
当 f r 变高时，f c 变高，从而使开关频率变高，输出谐波减 小；当 f r 变低时，f c 变低，从而使开关频率变低，输出谐波 增大。 因此采用同步调制时，SPWM的高频性能好，而低频性能较 差。为了克服这一不足，同步调制时，应尽量提高SPWM的 载波比N，但较高的载波比设计会使调制波频率变大时逆变器 的开关频率增加，从而导致开关损耗增加。
当调制频率 f r 固定时，一个调制波正负半个周期中的脉冲数
不固定，起始和终止脉冲的相位角也不固定。换言之，一个调制
波正负半个周期以及每个半个周期中前后1/4周期的脉冲波形不
具有对称性。
u
uc
ur
u
uc
ur
不同调制波频率
o
o ωt
ωt
时的异步调制
SPWM波形 up
up
o a)
ωt
o
ωt
b)
1.2 SPWM控制的实现方法
由于载波比N保持一定，当调制波频率 f r 变化时，一个调制波周 期中的脉冲数将固定不变。
当载波比N为奇数时，一个调制波正负半个周期以及半个周期 中的前后1/4周期的脉冲波形具有对称性。
不同调制波频率 f r 时的同步调制SPWM波形如下图所示
u
uc
ur
u uc ur
o
ωt o
ωt
up o
a)
up
tA
B
Msin1t
tB t
t2T 2 c[1M 2(sin1tAsin1tB)
显然上式是个超越方程，运算求解较为困难。 可见，自然采样法不便应用于基于微处理器 的数字SPWM控制系统中。为此，必须对自 然采样法进行简化。
t'2 t'2'
t1
t2
t3
Tc
t
图1.2.2 SPWM脉冲信号自然采 样法生成原理
异步调制具有以下特点
由于异步调制时的开关频率固定，所以对于需要设置输出滤波 器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而言，输出滤波器参数的 优化设计较为容易。
由于一个调制波周期中脉冲波形的不对称性，将导致基波相位的 跳动。对于三相正弦波逆变器，这种基波相位的跳动会使三相输出 不对称。
当 f r 较低时，由于一个调制波周期中的脉冲数较多，脉冲波形 的不对称性所造成的基波相位跳动的相角相对较小；而当 f r 较高
（2） 异步调制
载波信号和调制信号不同步的调制方式即为异步 调制。通常保持载波频率 f c 固定不变，当调制信号 频率 f r 变化时，载波比 N 是变化的。当 f r 较低时， N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不 利影响都较小，当 f r 增高时，N 减小，一周期内的 脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就变大，还会出 现脉冲的跳动。同时，输出波形和正弦波之间的差异 也变大，电路输出特性变坏。因此，在采用异步调制 方式时，希望尽量提高载波频率，以使在调制信号频 率较高时仍能保持较大的载波比，从而改善输出特性。
实现方法
模拟实现
计算法
自然采样法 规则采样法 直接PWM法
专用SPWM集成电路
（1）自然采样法
✓自然采样法就是通过联立三角载波信号和正 1 弦调制波信号的函数方式，并求解三角载波信
号和正弦调制波信号交点的时间值，从而求出 相应的脉宽和脉冲时间，以生成SPWM脉冲信 号。
✓自然采样法实际上就是模拟比较法的数字实 现