[经验] 生成SPWM波的基理简析

2016-2-2 10:22:43  2201 控制系统 发电机 半导体 滤波器
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生成SPWM波的基理

由于正弦交流量是典型的模拟量,传统发电机难以完成高频交流电流输出,而功率半导体器件于模拟状态工作时产生的动态损耗剧增,于是,用开关量取代模拟量成为必由之路,并归结为脉冲电路的运行过程,从而构成了运动控制系统中的功率变换器或电源引擎。

典型的H桥逆变电路很容易理解(图1a),

640.webp_副本.jpg
图1


对角联动的两个开关器件和与之对应的另一组对角桥臂同时实施交替的开关作业时,建立运行后,流经负载的电流即为交流电流(图1b),考虑到功率器件关断时的滞后特性避免造成短路,通常都做成(图1c)的波形结构。显然开关器件输出的是方波(矩形波)交流电流,在交流应用场合,多数负载要求输入的是正弦波电流。

电工学认为,周期性的非正弦交流量是直流、正弦波和余弦波等分量的集合,或者是非正弦波也可以分解为相位差和频率不同的正弦波以及直流分量。

不良波形或失真严重的正弦交流量必然产生大量的低次、高次及分数谐波,丰富的谐波分量与基波叠加的情景使得正负峰值几乎同时发生,换向突变时急剧的运动状态将对负载造成冲击并导致负载特性的不稳定或漂移,又加重了滤波器件的负担,损耗也随之增大,非但降低了电网的功率因数,还对周边设备造成不良影响。

在高频化和大功率电力变换场合,装置内部急剧的电流变化,不但使器件承受很大电磁应力,并向装置周围空间辐射有害电磁波污染环境,这种电磁干扰( 简称EMI)还会引发周围设备的误动作及造成电能计量紊乱。抑制谐波和EMI的防御仍为重要课题或技术指标。      

可见,简单的方波在功率应用场合下显示出了不尽如人意的一面。当然,在不触及负载特性、能量转换效率、环境污染和系统综合技术指标以及小功率应用场合的前提下,就控制方法而言则显得容易些。

自然采样法是一种基于面积等效理念的能量转换形式,其原理极为简单而且直观,并具备十分确切的数理依据,通用性及可操作性也很强。当正弦基波与若干个等幅的三角载波在时间轴上相遇时,并令正弦波的零点与三角波的峰点处于同相位(图2a),所得的交点(p)表达为时间意义上的相位角和对应的瞬时幅值,交点间的相位区间段表示以正弦部分为有效输出的矩形脉冲群(图2b)。

640.webp (1)_副本.jpg
图2


由此,SPWM波的基本概念是每一周期的基波与若干个载波进行调制(载波的数量与基波之比即为载波比),并依次按正弦函数值定位的有效相位区间集合成等幅不等宽且总面积等效于正弦量平均值的正弦化脉冲序列。对应于正弦量的正负半周,实施双路调制或单路分相处理及放大后,控制驱动功率开关器件运行,最终得正弦化交流量的样本波形如(图3)所示,滤波后流经负载的电流即为正弦波电流。

640.webp (3)_副本.jpg


chenyonghuang 2016-2-11 09:24:24
ccccccccccccccccccccccccccccccc
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cdm21088 2016-2-11 11:15:11
变频器是用这个工作的
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YZ635438451 2016-2-18 15:21:18
很实用,谢谢分享!
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20100231211 2016-3-30 21:43:46
感谢楼主的分享!
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feed111 2018-4-20 18:48:23
生成SPWM波的基理
由于正弦交流量是典型的模拟量,传统发电机难以完成高频交流电流输出,而功率半导体器件于模拟状态工作时产生的动态损耗剧增,于是,用开关量取代模拟量成为必由之路,并归结为脉冲电路的运行过程,从而构成了运动控制系统中的功率变换器或电源引擎。
典型的H桥逆变电路很容易理解(图1a),


图1

对角联动的两个开关器件和与之对应的另一组对角桥臂同时实施交替的开关作业时,建立运行后,流经负载的电流即为交流电流(图1b),考虑到功率器件关断时的滞后特性避免造成短路,通常都做成(图1c)的波形结构。显然开关器件输出的是方波(矩形波)交流电流,在交流应用场合,多数负载要求输入的是正弦波电流。
电工学认为,周期性的非正弦交流量是直流、正弦波和余弦波等分量的集合,或者是非正弦波也可以分解为相位差和频率不同的正弦波以及直流分量。
不良波形或失真严重的正弦交流量必然产生大量的低次、高次及分数谐波,丰富的谐波分量与基波叠加的情景使得正负峰值几乎同时发生,换向突变时急剧的运动状态将对负载造成冲击并导致负载特性的不稳定或漂移,又加重了滤波器件的负担,损耗也随之增大,非但降低了电网的功率因数,还对周边设备造成不良影响。
在高频化和大功率电力变换场合,装置内部急剧的电流变化,不但使器件承受很大电磁应力,并向装置周围空间辐射有害电磁波污染环境,这种电磁干扰( 简称EMI)还会引发周围设备的误动作及造成电能计量紊乱。抑制谐波和EMI的防御仍为重要课题或技术指标。      
可见,简单的方波在功率应用场合下显示出了不尽如人意的一面。当然,在不触及负载特性、能量转换效率、环境污染和系统综合技术指标以及小功率应用场合的前提下,就控制方法而言则显得容易些。
自然采样法是一种基于面积等效理念的能量转换形式,其原理极为简单而且直观,并具备十分确切的数理依据,通用性及可操作性也很强。当正弦基波与若干个等幅的三角载波在时间轴上相遇时,并令正弦波的零点与三角波的峰点处于同相位(图2a),所得的交点(p)表达为时间意义上的相位角和对应的瞬时幅值,交点间的相位区间段表示以正弦部分为有效输出的矩形脉冲群(图2b)。


图2

由此,SPWM波的基本概念是每一周期的基波与若干个载波进行调制(载波的数量与基波之比即为载波比),并依次按正弦函数值定位的有效相位区间集合成等幅不等宽且总面积等效于正弦量平均值的正弦化脉冲序列。对应于正弦量的正负半周,实施双路调制或单路分相处理及放大后,控制驱动功率开关器件运行,最终得正弦化交流量的样本波形如(图3)所示,滤波后流经负载的电流即为正弦波电流。
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hard_aport 2018-7-12 14:26:35
不错,感谢老铁的分享
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