SPWM與SVPWM之比較

1、SPW與SVPWI之比較原理比較SPWM正弦PW啲信號(hào)波為正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等寬的矩形脈 沖波形, 其脈沖寬度是由正弦波和三角波自然相交生成的.正弦波波形產(chǎn)生的方法有很多種 , 但較典型的主要有 : 對(duì)稱規(guī)則采樣法、不對(duì)稱規(guī)則采樣法和平均對(duì)稱 規(guī)則采樣法三種.第一種方法由于生成的 PWM脈寬偏小,所以變頻器的輸出電壓 達(dá)不到直流側(cè)電壓的倍 ; 第二種方法在一個(gè)載波周期里要采樣兩次正弦波 , 顯然 輸出電壓高于前者 , 但對(duì)于微處理器來說 , 增加了數(shù)據(jù)處理量當(dāng)載波頻率較高時(shí) , 對(duì)微機(jī)的要求較高 ; 第三種方法應(yīng)用最為廣泛的 , 它兼顧了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn) . SPWMS然可以

2、得到三相正弦電壓,但直流側(cè)的電壓利用率較低,最大是直流側(cè) 電壓的倍 , 這是此方法的最大的缺點(diǎn) .SVPWM電壓空間矢量PWM(SVPWM出發(fā)點(diǎn)與SPW不同,SPWM調(diào)制是從三相交流電 源出發(fā) , 其著眼點(diǎn)是如何生成一個(gè)可以調(diào)壓調(diào)頻的三相對(duì)稱正弦電源.而 SVPWM是將逆變器和電動(dòng)機(jī)看成一個(gè)整體 , 用八個(gè)基本電壓矢量合成期望的電壓矢量 , 建立逆變器功率器件的開關(guān)狀態(tài) , 并依據(jù)電機(jī)磁鏈和電壓的關(guān)系 , 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電 動(dòng)機(jī)恒磁通變壓變頻調(diào)速 . 若忽略定子電阻壓降 , 當(dāng)定子繞組施加理想的正弦電 壓時(shí), 由于電壓空間矢量為等幅的旋轉(zhuǎn)矢量 , 故氣隙磁通以恒定的角速度旋轉(zhuǎn) ,軌 跡為圓形.SV

3、PW比 SPWI的電壓利用率高15%,這是兩者最大的區(qū)別，但兩者并不 是孤立的調(diào)制方式，典型的SVPW是一種在SPW的相調(diào)制波中加入了零序分量后 進(jìn)行規(guī)則采樣得到的結(jié)果，因此SVPW有對(duì)應(yīng)SPW的形式.反之，一些性能優(yōu)越的 SPW方式也可以找到對(duì)應(yīng)的SVPW算法,所以兩者在諧波的大致方向上是一致的， 只不過SPW易于硬件電路實(shí)現(xiàn)，而SVPW更適合于數(shù)字化控制系統(tǒng).算法比較SPWM將一個(gè)正弦信號(hào)作為基準(zhǔn)調(diào)制波 , 與一個(gè)高頻等腰三角載波進(jìn)行比較 , 得 到一個(gè)等距、等幅但寬度不同的脈沖序列。 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?。?/p>

4、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，這就是SPWM脈沖。用6 個(gè)SPWM脈沖序列分別控制6個(gè)IGBT導(dǎo)通或者截止，便能在三相定子繞組上得 到交流信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)PMS呢轉(zhuǎn)。按照波形面積相等的原則， 每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相 等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。 這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬 調(diào)制(SPWM這種序列的矩形波稱作SPWI波。單極性SPWMOuof 厶uoJ 4Ur Uc、社-Ud雙極性SPWMml .IVT,* N+ VT,v|1=pw,電路RlG-iv三相橋式PWM逆變器上電路原雀圖2 /i J.叫u叫 /仏% /訐于一t1二一

5、一f f nnnnnni匸rIMUUUUHU L f斫TVO-； m41q JItWi/IPl/IJStI,卩c r 2 r tillbiJ bu pijijijiyLj ULt *小圖6-20為三相PWM波形，其中Uru、Urv、Urw為U, V, W三相的正弦調(diào)制波， uc為雙極性三角載波；UUN、UVN、UWN為U, V, W三相輸出與電源中性點(diǎn) N 之間的相電壓矩形波形；uUV為輸出線電壓矩形波形，其脈沖幅值為+Ud和-Ud ； uuN為三相輸出與電機(jī)中點(diǎn)N之間的相電壓。A/卩/ VI5BJCAA0SVPWM宇號(hào)開關(guān)狀.態(tài)開關(guān)代碼1VJ oWt100pVT T；11()VT八L八”J0

6、10AVh VJ j VI，01115VTs Vb VkOOl6VVTz VTilOl7V I , Vit V J 5111K 1： VIj V 100()VT /VT隨著逆變器工作狀態(tài)的切換，電壓空間矢量的幅值不變，而相位每次旋轉(zhuǎn)n /3，直到一個(gè)周期結(jié)束。這樣，在一個(gè)周期中 6個(gè)電壓空間矢量共轉(zhuǎn)過2n弧 度，形成一個(gè)封閉的正六邊形。在一個(gè)周期內(nèi)，6個(gè)磁鏈空間矢量呈放射狀，矢量的尾部都在 0點(diǎn)，其頂端 的運(yùn)動(dòng)軌跡也就是6個(gè)電壓空間矢量所圍成的正六邊形。/3。由于逆在任何時(shí)刻，所產(chǎn)生的磁鏈增量的方向決定于所施加的電壓，其幅值則正比于施加電壓的時(shí)間。如果交流電動(dòng)機(jī)僅由常規(guī)的六拍階梯波逆變器供電，

7、磁鏈軌跡便是六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這顯然不象在正弦波供電時(shí)所產(chǎn)生的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)那 樣能使電動(dòng)機(jī)獲得勻速運(yùn)行。如果要逼近圓形，可以增加切換次數(shù)，設(shè)想磁鏈增 量由圖中的 11，12，13，14這4段組成。這時(shí)，每段施加的電壓空間矢量的相位都不一樣，可以用基本電壓矢量線性組合的方法獲得。6個(gè)區(qū)域，稱為扇區(qū) (Sector),如圖所示的I、n、W，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的時(shí)間均為 變器在各扇區(qū)的工作狀態(tài)都是對(duì)稱的，分析一個(gè)扇區(qū)的方法可以推廣到其他扇區(qū)。1mAVilOlO)VAOIU叫（101）VtOOi)V2(1WnV*(ion)IReVotOOO)VAllHI I Q| S)| I I I -OL第I扇區(qū)內(nèi)一段區(qū)

8、間的開關(guān)序列與逆變器三相電壓波形理論比較調(diào)制比即為逆變器輸出電壓與直流母線電壓的比值， 直流母線電壓利用率是 指逆變電路所能輸出的交流電壓基波最大幅值 Um和直流電壓Ud之比。SPW中 在調(diào)制度最大為1時(shí)，輸出相電壓的基波幅值為 Ud/2，輸出線電壓的基波幅值、3為yUd,直流電壓利用率僅為0.866。Nn,av = if/SVPW中，輸出相電壓的基波幅值與輸出線電壓的基波幅相等值為 fud,直3流電壓利用率為1。SVPW比SPW的直流利用率提高了 15.47%。SP WMSV PWM波都主要集中在采樣頻率及其整數(shù)倍附近，且諧波幅值的極大值隨采樣頻率倍數(shù)的增大而迅速衰減。從諧波分布趨勢(shì)上講，S

9、PWM對(duì)集中，幅值較大：SVPWM相對(duì)分散，幅值較小。對(duì)于 SVPWM 諧波情況，與SPWML 類似,主要諧波出現(xiàn)在載波頻率f C和f c整數(shù)倍附近的頻率點(diǎn)上。SVPWM和 SPWM具有類似的頻譜特征。SVPWM比SPWM的諧波幅值小，但SVPWM在高頻段分布較多。由下表2計(jì)算所得的總諧波畸變率可知，SVPWM式輸出波形 的諧波含量低于SPWMHmrtfoorSFWU SVTWt 如屮】_ - r!3160冊(cè)二口 M血1麗SPWM拔壓軸# 1,0kHz)Spectra jfSPWM and SVPWM flO kHz)9 I 袞3 SrWM和書VTWM昱謂渋率Tkb.2 Total tianiujnk disiJfiiuiii of SPWM hfhI SVPWME kHzJh=l5kHiSPWMSVPWMsrwMSVPWMTHDm7JO56(1166531THD倆L0.2S2邸4.S71.67SVPWM。傳統(tǒng)的SPW方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源 為目的。SVPW方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來考慮， 模型比較簡(jiǎn)單， 也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。SVPW本身的產(chǎn)生原理與PWM沒有任何關(guān)系，只是 像罷了，SVPW合成的驅(qū)動(dòng)波形和PWMI類似，因此我們還