1．spwm的概念工程實(shí)際中應(yīng)用最多的是正弦pwm法(簡稱spwm)，它是在每半個(gè)周期內(nèi)輸出若干個(gè)寬窄不同的矩形脈沖波，每一矩形波的面積近似對應(yīng)正弦波各相應(yīng)局部波形下的面積，如圖5—2所示。 例如，將一個(gè)正弦波的正半周劃分為ⅳ等份(圖中n=12)，每一等份的正弦波形下的面積可用一個(gè)與該面積相等的矩形來代替，于是正弦波形所包圍的面積可用這ⅳ個(gè)等幅(vd)不等寬的矩形脈沖面積之和來等效。各矩形脈沖的寬度可由理論計(jì)算得出，但在實(shí)際應(yīng)用中常由正弦調(diào)制波和三角形載波相比較的方式來確定脈寬。因?yàn)榈妊切尾ǖ膶挾茸陨舷蛳率蔷€性變化的，所以當(dāng)它與某一光滑曲線相交時(shí)，可得到一組幅值不變而寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖。若使脈沖寬度與正弦函數(shù)值成比例，則也可生成spwm波形。在工程應(yīng)用中感興趣的是基波，假定矩形脈沖的幅值va恒定，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)ⅳ也不變，通過理論分析可知，其基波的幅值v與脈寬ζ有線性關(guān)系，如下式所示式(5—2)說明，逆變器輸出基波電壓幅值隨調(diào)制脈沖的寬度而變化，只要采取措施，利用控制信號(hào)去調(diào)節(jié)脈寬，即可調(diào)節(jié)基波幅值。半周期內(nèi)的脈沖數(shù)ⅳ越多，諧波抑制效果越顯著。但ⅳ值將受到換流電路中為減少額外損耗和保證安全換流所允許的最大換流速率以及最小脈寬、最小間隙的限制。 在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小。反之，當(dāng)正弦值較小時(shí)，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，如圖5—3所示。這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈寬調(diào)制。 spwm方式的控制方法可分為多種。從實(shí)現(xiàn)的途徑可分為硬件電路與軟件編程兩種類型；而從工作原理上則可按調(diào)制脈沖的極性關(guān)系和控制波與載波間的頻率關(guān)系來分類；按調(diào)制脈沖極性關(guān)系可分為單極性spwm和雙極性spwm兩種。 2。單極性spwm法所謂單極性控制是指在輸出波形的半個(gè)周期內(nèi)，逆變器同一橋臂中的兩個(gè)開關(guān)元件只有一個(gè)處于不斷切換的開關(guān)狀態(tài)，另一個(gè)則始終處于關(guān)斷狀態(tài)。因此，輸出波形在任何半周期內(nèi)始終為一個(gè)極性，單極性控制方式的spwm波形如圖5—4所示，載波信號(hào)嘶采用單極性等腰三角形波，控制信號(hào)uc為正弦波形，利用倒相信號(hào)ux來處理二者問的配合關(guān)系。當(dāng)uc>ut時(shí)，元件開通； 3．雙極性spwm法雙極性控制是指在輸出波形的半周期內(nèi)，逆變器同一橋臂中的兩只元件均處于開關(guān)狀態(tài)，但它們之問的關(guān)系是互補(bǔ)的，即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。這樣輸出波形在任何半周期內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)正、負(fù)極性電壓交替的情況，故稱之為雙極性控制，其波形如圖5—5所示。與單極性控制方式相比，載波和控制波都變成了有正、負(fù)半周的交流方式，其輸出矩形波也是任意半周中均出現(xiàn)正負(fù)交替的情況。 4．spwm波生成方法正弦脈寬調(diào)制波(spwm)的生成方法可分為硬件電路與軟件編程兩種方式。 (1)三角波法。生成spwm波形要求按正弦規(guī)律控制脈沖列的脈寬。其原理是，將等腰三角形載波與正弦控制波通過比較器進(jìn)行比較，則在比較器輸出端就形成了spwm波?？梢?，生成spwm波的電路必須由3部分組成：三角波發(fā)生器、正弦波發(fā)生器和比較器，其框圖及波形如圖5—6所示。由圖中的波形可以看出，若等腰三角載波的頻率是正弦波頻率的ⅳ倍時(shí)(n稱為載波比)，則正弦波形在一個(gè)周期內(nèi)被劃分為ⅳ等份，并對應(yīng)著ⅳ個(gè)寬度不等的矩形脈沖。當(dāng)ⅳ足夠大時(shí)(例如ⅳ>20)，這一串矩形脈沖序列的面積將非常接近于正弦波形的面積。各矩形脈沖的寬度可近似用下式表示： 式中，vem是正弦控制波幅值；vm是三角載波的幅值。 這種生成spwm波形的方法稱為三角波調(diào)制法?？梢杂媚M電路、數(shù)字電路或者兩者的混合電路來實(shí)現(xiàn)。 (2)spwm波的軟件生成方法。由硬件電路生成spwm波的方法往往電路復(fù)雜，控制精度難以保證。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，特別是其高集成度和優(yōu)異的計(jì)算功能，可以方便地對變頻器進(jìn)行直接數(shù)字控制，從而獲得調(diào)節(jié)靈活、穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)越的控制效果，因而得到普遍應(yīng)用。 采用微機(jī)通過軟件編程的方法來生成spwm波，其原理仍然是基于正弦控制波和三角載波相交以確定開關(guān)通斷時(shí)刻。隨著采樣方式的不同，實(shí)現(xiàn)的途徑也是多種多樣的。所謂采樣，就是決定pwm波前后沿出現(xiàn)的時(shí)刻，即脈沖寬度與間隔時(shí)間。這些肘間在正弦波的不同波段是不同的，并且隨著正弦波幅值的變化而變化。 用軟件生成pwm波一般有兩種方法；查表法和計(jì)算法。查表法即離線由通用計(jì)算機(jī)算出對應(yīng)的脈寬數(shù)據(jù)，寫入eprom，再由計(jì)算機(jī)通過查表和加減運(yùn)算得到脈寬和間隔時(shí)間。計(jì)算法即根據(jù)理論推導(dǎo)出脈寬函數(shù)表達(dá)式，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線計(jì)算，以獲得相應(yīng)的脈寬和間隔時(shí)間。一般來說，前者將占用大量內(nèi)存，而后者則需要大量運(yùn)算時(shí)間。實(shí)用中多數(shù)是采用二者結(jié)合的方法，既可避免全部在線計(jì)算造成的計(jì)算量過大、精度受影響的缺點(diǎn)，又使系統(tǒng)因有在線計(jì)算而具有相當(dāng)?shù)撵`活性。 還可采用大規(guī)模專用集成芯片生成spwm波，這樣。可大大減化電路結(jié)構(gòu)，提高可靠性，降低成本。目前，生成spwm波的大規(guī)模專用集成芯片有hef4752、sle4520、ma818等。