第一部分 原理
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。在采樣控制理論中有一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。根據(jù)調(diào)制脈沖的極性，SPWM分為雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制兩大類。本實驗裝置采用單相橋式SPWM逆變裝置，電路如圖1所示：
圖1 單相橋式逆變電路
1.雙極性調(diào)制
在雙極性調(diào)制方式中，開關(guān)T1、T4和T2、T3總是成對互補(bǔ)的，即T1、T4為導(dǎo)通信號時T2、T3是關(guān)斷信號?？刂菩盘柕漠a(chǎn)生為：一條等腰三角形波與一條正弦波進(jìn)行比較，當(dāng)正弦信號大于三角信號時，T1、T4為通，T2、T3是斷；反之T1、T4為斷，T2、T3是通。電路的輸出電壓在其半個周期內(nèi)，電壓極性有正有負(fù)，如圖2所示。
圖2 雙極性調(diào)制波形
2.單極性控制
單極性調(diào)制是用一條等腰三角波與兩條幅值及頻率相同但相位相差180°的正弦波進(jìn)行比較，分別得到兩個橋臂開關(guān)的通斷時刻，如圖3所示。兩個橋臂是分開控制的，同一個橋臂上的兩個開關(guān)在控制上仍然互補(bǔ)，但T1、T4和T2、T3不一定成對同時動作。電路輸出電壓波形如圖4所示。
圖3 單極性控制原理圖
圖4 單極性調(diào)制波形
二、SVPWM基本原理
交流電動機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，如圖5所示。把逆變器和交流電動機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目的來控制逆變器的工作，這種控制方法稱為“磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量來實現(xiàn)的，所以又稱為“電壓空間矢量PWM（space vector PWM , SVPWM）控制”。本實驗裝置利用英飛凌單片機(jī)，采用編程的方法產(chǎn)生SVPWM調(diào)制波。
圖5 電壓空間矢量圖
第二部分 實現(xiàn)方法
一、AD9833芯片簡介
AD9833芯片是可編程波形發(fā)生器,能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波輸出。波形發(fā)生器廣泛應(yīng)用于各種測量、激勵和時域響應(yīng)領(lǐng)域,AD9833無需外接元件,輸出頻率和相位都可通過軟件編程,易于調(diào)節(jié),頻率寄存器是28位的,主頻時鐘為25MHz時,精度為0.1Hz,主頻時鐘為1MHz時,精度可以達(dá)到0.004Hz。
AD9833具有一個標(biāo)準(zhǔn)三線式串行接口，并且與SPI、QSPI?、MICROWIRE®、DSP接口標(biāo)準(zhǔn)兼容。數(shù)據(jù)在串行時鐘SCLK的控制下載入器件，16比特一個字。這種操作的時序圖見圖6?？梢酝ㄟ^這3個串行接口將數(shù)據(jù)寫入AD9833。FSYNC輸入是電平觸發(fā)輸入，用作幀同步和芯片使能。僅當(dāng)FSYNC處于低電平時，才可將數(shù)據(jù)傳輸至器件。要開始串行數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)將FSYNC拉低，并注意FSYNC至SCLK下降沿建立時間t7的最小值。FSYNC變?yōu)榈碗娖胶?，串行?shù)據(jù)即會在16個時鐘脈沖的SCLK下降沿移入器件的輸入移位寄存器?？稍赟CLK的第16個下降沿后將FSYNC拉高，并注意SCLK下降沿至FSYNC上升沿時間t8的最小值。或者，F(xiàn)SYNC可以在16倍數(shù)個SCLK脈沖期間保持低電平，然后在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時變?yōu)楦唠娖?。這樣，在FSYNC保持低電平期間，可以連續(xù)流形式載入16位字；FSYNC僅在載入最后一個字的第16個SCLK下降沿之后變?yōu)楦唠娖?。SCLK可以是連續(xù)的，也可以在寫操作期間置于高電平或低電平空閑狀態(tài)。無論何種情況，當(dāng)FSYNC變?yōu)榈碗娖?t11)時，SCLK都必須處于高電平。
圖6 串行時序
本實驗裝置采用AD9833芯片產(chǎn)生正弦波與三角波，先經(jīng)過運算放大器放大，然后進(jìn)行比較產(chǎn)生雙極性SPWM調(diào)制波。單極性SPWM調(diào)制波的產(chǎn)生則是分別將正弦波、反相180°的正弦波與三角波比較，從而得到單相SPWM調(diào)制波。
本實驗裝置一共用到了3個紐子開關(guān)，這三個開關(guān)在電路中的連接如圖7所示，
（a）
（b）
（c）
圖7
它們的功能及其開關(guān)時序如表1所示
表1 開關(guān)功能表
第三部分 實驗原理圖
/upload/community/2019/08/07/1565161109-61322.pdf
第四部分 實驗波形
