PWM控制技术论文.docx

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1、PWM限制技术论文简介:PWM(PulseWidthMOdUlatiOn)限制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需的波形(含形态和幅值)。通过变更输出方波的占空比来变更等效的输出电压。广泛的应用于电动机的调速和阀门限制，比如电动车电机制速就是运用这种方式。脉宽调制(PWM,PulseWidthModulation)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行限制的种特别有效的技术，广泛应用在从测灶、通信到功率限制与变换的很多领域中。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法.通过高辨别率计数器的运用，方波的占空比被调制用来对个详细模拟信号的电平进行编码

2、。关健词：PWM；电力；计修机关于PWM技术基本原理：采样限制理论中彳丁一个重要的理论：冲量相等而形态不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲也即指窄脉冲的面积。这里所说正弦PWM(包括电压、电流或磁通的正弦为H标的各种PWM方案，多重PWM也应归于此类)。正弦PWM已为人们所熟知。斤在改善输出电压、电流波形、降低电源系统谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其独特的优势。优化PWM优化PWM所追求的是实现电流谐波畸变率(THD)最小、电压利用率毋高、效率最优，与转矩脉动最小以与其它特定优化目标。随机PWM工程实际中应用最多的是正弦PWM法（简称SPWM）,它是在每个周期内输出若

3、干个宽窄不同的矩形脉冲波，每矩形波的面枳近似对应正弦波各相应每一份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包困的面积可用这N个等幅不等宽的矩形脉冲面积来等效。各矩形脉冲的宽度可自由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉冲：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变更的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可以生成SPWM波形。在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来支配.当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较

4、小，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉冲调制”Pn-ISlFI面哄等校同里ffil-2SrW波形1 .单极性SPWM法调制波和我波：曲线是正弦调制波，其周期确定于须要的调频比kf,振幅值确定于ku,曲线是采纳等腰三角波的载波，其周期确定于载波频率，振幅不变，等于ku=l时正弦调制波的振幅值，每半周期内全部三角波的极性均相同（即单极性）。调制波和载波的交点，确定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度，每半周期内的脉冲系列也是单极性的。（2）单极性调制的工作特点：每半个冏期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件

5、按脉冲系列的规律时通时断地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反，流经负载Z1.的便是正、负交替的交变电流。图：单极性SPWM2 .双极性SPWM法调制波和载波：双极型限制则是指在输出波形的半周期内，逆变器同一桥壁中的两只元件均处于开关状态，但他们之间的关系是互补的，即通断状态彼此是相反交替的C这样输出波形在任何半周期内都会出现正、负极性电压交替的状况,故称之为双极性限制.与单极性限制方式相比，栽波和限制波都变成了有正、负半周的沟通方式，其输出矩形波也是随意半周中均出现正负交替的状况。调制波仍为正弦波，其周期确定于kf,振幅确定于ku,中曲线，载波为双极性的等腰三角波，

6、其周期确定于载波频率，振幅不变，与ku=l时正弦波的振幅值相等。调制波与载波的交点确定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，此脉冲系列也是双极性的，但是，由相电压合成为线电压(Uab=Ua-Ub;UbC=Ub-Uc;UCa=Ue-Ua)时，所得至的线电压脉冲系歹IJ却是单极性的。(2)双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，皂不停息，而流过负载Z1.的是按线电压规律变更的交变电流。bffi三ffl三ffl图：双极性SPWM波形SPWM生成方法：正弦脉宽调制波(SPWM)的生成方法可分为硬件电路与软件编程两种生成方式。可用模拟电路构成三角波

7、栽波和正弦调制波发生电路，用比较器周期进入中断，在ISR中依据正弦表更改PWM比较器的值，依次循环即可。PO.0-P0.7RD89C52WA1.EP2.7mPl.0ADO.O-ADO.7R、Y、B相输出WRSA8281A1.ESETTRIP区TrTp而C1.K格高动稳路光隔驱单电驱动B相IGBT电压故障信号电流故障信号台热故障信号112MHZ晶体振荡器图4SA8281和89C52的接口总结:SPWM(SinusoidalPWM)法是一种比较成熟的，目前应用较广泛的PWM法。它是在PWM的基础上变更了调制的脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。

8、它广泛的应用于直流沟通逆变器等，=相SPWM是运用SPWM模拟市场的三相输出，在变频领域被广泛的采纳CSVPWM（空间矢陈宽说制）引音：SVPWM是近年发展的种比较新奇的限制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近干志向的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果动身，着眼于如何使电机获得志向网形做链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的南波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更靠近圆形，树对于传统的SPWM方法，其功率器件的开关次数可削减1/3,直流电压利用率可提高15%,

9、转矩脉动小、噪声低，谐波抑制效果好，且易于数字化实现.SVPWM的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子志向磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁徒矢量来追踪其精确磁链网。传统的SPWM方法从电源的角度动身，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简洁,也便于微处理器的实时限制.原理：SVPWM的原理是利用逆变器各桥臂开关限制信号的不同组合，使逆变器的输出电压矢盘的运行轨迹尽可能接近圆形。SVPWM技术应用于沟通调速系统中不但改善了脉宽调制（PWM）技术存在电压利用率偏

10、低的缺点，而且具布转矩脉动小、噪声低等优点。一般的二相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥。这六个开关器件组合起来（同一个桥臂的上卜半桥的信号相反）共彳8种平安的开关状态.其中000、Ill（这里是表示三个匕桥臂的开关状态）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。因此称其为零矢属。另外6种开关状态分别是六个有效矢量。它们将360度的电压空间分为60度一个周区，共六个扇区，利用这六个基本有效矢量和两个零量，可以合成360度内的任何矢量。当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，而后用这两个基本矢量:去表示，而每个基本矢城的作用大小就利用作用时间长短去代表。用电压矢量依据不

11、同的时间比例去合成所须要的电压矢量。从而保证生成电压波形近似于正弦波.在变频电机驱动时，矢病方向是连续变更的，因此我们须要不断的计算矢量作用时间.为了计算机处理的便利，在合成时般是定时器计算（如每0.1ms计算一次）。这样我们只要算出在Slms内两个基本矢量作用的时间就可以了。由于计算出的两个时间的总和可能并不是0lms（比这小）,而那剩下的时间就按状况插入合适零矢量。由于在这样处理时，合成的驱动波形和PWM很类似。因此我们还叫它PWM,又因这种PWM是基于电压空间矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。基本电压空间矢量：当三相逆变器（180导通方式）对PMSM供电时，定于电压由逆变器三组6个功

12、率管的开关状态确定。由逆变器各桥臂不同的开关状态，可以得到8个基本电压矢塘，包括2个零矢城和6个非零电压矢量。6个非零矢量的幅值相同,相邻的矢量互差60每个矢成长度均等于2Udc3（OOO）和（111）两个状态矢量为零矢员，其长度等于零，位于坐标原点。这8个空间矢量被称为基本电压空间矢量，分别汜为U。、UKU2、U3、U4、U5、U6、O、和。m,其空间分布如图所示图：基本电压矢微分布图SVPWM限制原理1.SVFWM的限制算法SVPWM限制算法的思想是:当二相沟通对称正弦电压对电机供电时,沟通电机在空间中产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。若以沟通电机中的志向磁链网为基准，用逆变器不同

13、的开关模式所产生的有效矢地来俄近基准圆，即用正多边形磁链近似圆形磁链，以形成旋转磁场，就可以达到限制电机的目的。SVPWM向量、扇区、波形、矢量合成图2 .楼彼折的限制SVPWM方法的目的是用基本空间电压矢量来靠近电机所需的电乐矢量UOUT,一般所用方法是在一个采样周期TPWM内使逆变器输出电压的平均值跟UOUT相等。如图2所示，UOUT可由两相邻非零基本空间电压矢量Ux和Ux60的线性时间组合来得到。3 .空间电压矢的庸区判定6个非零电压空间矢量将空间分为6个区域，每个区域对应一个扇区号，如图I中的I,II,III,IV,V,VIo假如知道了UoUT所在的扇区，就能确定用来合成UOUT的2个

14、相邻的基本电压空间矢量。4 .SVPWM输出模块将三角波与矢量的切换点比较，利用滞环限制实现SVPWM信号。当矢属的切换点与三角波进行比较时，若其差值大于滞环比较器所定义的滞环宽度，逆变器所对应的功率开关器件正向导通，负向关断;反之，若差值小于滞环宽度时，功率开关器件状态不变。从而生成三相桥臂逆变器功率开关器件的6组限制信号。SVPWM的主要卷点有：(1)在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉与一个器件,所以开关损耗小。(2)利用电压空间矢最干脆生成三相PWM波，计算简洁。(3)逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM逆变器输出电压高15%0总结：SVPWM限制主要是

15、当三相沟通对称正弦电压对电机供电时，沟通电机在空间中产生网形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩，本文通过对SVPWM算法限制来进行分析，使其能够向逆变器按时输出SVPWMSVPWM与PWM、SPWM的比较：PWM：脉冲宽度调制(PWM),晶体管(常用MOS.IGBT等全控型器件)工作在开关状态，晶体管被触发导通时，电源电压加到电动机匕晶体管关断时，直流电源与电动机断开；这样通过变更晶体管的导通时间(即调占空比ton)就可以调整电机电压，从而进行调速。对比SVPWM的产生原理可知，SVPWM本身的产生原理与PWM没有任何关系，只是形似。SPWM：正弦波脉宽调制，将正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲

16、线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来替代。三角波载波信号Ut与一组三相对称的正弦参考电压信号Ura、Urb、UrC比较后,产生的SPWM脉冲序列波Uda、Udb、Udc作为逆变器功率开关器件的驱动限制信号。逆变器输出电压的基波正是调制时所要求的正弦波，调整正弦波参考信号的幅值和频率就可以调整SPWM逆变器输出电压的幅值和频率。SVPWM与SPWM的原理和来源有很大不同，但是他们的确殊途同归的。SPWM由三角波与正弦波调制而成，而SVPWM却可以看作由三角波与有肯定三次潜波含量的正弦基波调制而成，这点可以从数学上证明参考文献：1姚绪梁.现代沟通调速技术Ml.哈尔滨工程高校出版社

17、，2009壬兆安.谐波抑制和无功功率补偿M机械工业出版社，2005李军政.永磁同步电动机磁场定向矢量限制【J1.船电技术、20054陈伯时.电力拖动自动限制系统M.第3版.北京:机械工业出版社，20055曾允文.变频调速SVPWM技术的原理、算法与应用M北京：机械工业出版社，20116王兆安，刘进军.电力电子技术5版M北京：机械工业出版社，20097李峰，矢成限制系统中优化PWM限制策略的探讨D,天津：天津高校出版社，20048丁道宏，电力电子技术M,北京:航空工业出版社,1992(91林渭勋，现代电力电子技术M,北京:清华高校出版社，1995101邵丙衡，电力电子技术M,北京：中国铁道出版社,2007