正弦波脉宽调制（SPWM）

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：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。这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的谐波成分大为减小，故称为正弦波脉宽调制。曲线②是采用等腰三角波的载波，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于ku=1时正弦调制波的振幅值，每半周期内所有三角波的极性均相同。

1.SPWM的概念在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。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，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图2-12所示。这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的谐波成分大为减小，故称为正弦波脉宽调制（SPWM）。

SPWM脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波（基准波或调制波）和等腰三角波（载波）的交点来决定的。其具体方法如后所述。

2.单极性SPWM法

（1）调制波和载波如图2-13a所示，曲线①是正弦调制波，其周期决定于所需要的调频比k_f，振幅值决定于k_u。曲线②是采用等腰三角波的载波，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于k_u=1时正弦调制波的振幅值，每半周期内所有三角波的极性均相同（即单极性）。

图2-12 SPWM的输出电压

图2-13 单极性调制

a）调制波和载波 b）单极性SPWM波形

调制波和载波的交点，决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲间的间隔宽度，所得的脉冲系列如图2-13b所示。由图可知，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周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件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Z_L的便是正、负交替的交变电流，如图2-14所示。

3.双极性SPWM法

（1）调制波和载波调制波仍为正弦波，其周期决定于k_f，振幅决定于k_u，如图2-15a中曲线①。载波为双极性的等腰三角波（见图2-15a中曲线②），其周期决定于载波频率，振幅不变，与k_u=1时正弦波的振幅值相等。

调制波与载波的交点决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，如图2-15b所示。但是，由相电压合成为线电压（u_ab=u_a-u_b；u_bc=u_b^-uc；u_ca=u_c-u_a）时，所得到的线电压脉冲系列却是单极性的，如图2-15c所示。

图2-14 单极性调制的工作特点

图2-15 双极性调制

a）调制波和载波 b）相电压 c）线电压

（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，毫不停息。而流过负载Z_L的是按相电压规律变化的交变电流，如图2-16所示。

4.实施SPWM的基本要求

（1）必须实时地计算出调制波（正弦波）和载波（三角波）的所有交点的时间坐标，根据计算结果，有序地向逆变桥中各逆变器件发出“通”和“断”的动作指令。

（2）调节频率时，一方面，调制波与载波的周期要同时改变（改变的规律本书不作介绍）；另一方面，调制波的振幅要随频率而变，而载波的振幅则不变。所以，每次调节后，所有交点的时间坐标都必须重新计算。

要满足上述要求，只有在计算机技术取得长足进步的20世纪80年代才有可能。同时，又由于大规模集成电路的飞速发展，迄今，已经有能够产生满足要求的SPWM波形的专用集成电路了。

图2-16 双极性调制的工作特点