【涨知识】SPWM逆变电路原理-第2页-北极星输配电网

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图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。

在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。

SPWM逆变器输出的正弦波交流电电压uof的峰值uofm小于输入的直流电压ud，把uofm/ud称为直流电压利用率，对于单相SPWM电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。对于输出相电压（有效值）为220V单相交流电的逆变电路输入直流电压要高于310V。

SPWM逆变器输出电压与ur/uc成正比，保持载波uc不变，改变调制波ur的大小即可控制输出交流电压的大小。当然，调制波ur峰值要小于载波uc峰值。

图3单极性PWM波形生成原理

过去采用模拟电路产生调制信号，精密而高速的电压比较器对ur和uc进行比较，当两电压相同时及时控制开关晶体管进行通断切换，但模拟电路结构复杂，也难以实现精确的控制。

采用微处理器直接计算出控制点称为计算法，但计算法较繁琐，计算量大，较少使用。

现在已有专用的集成电路用来产生SPWM调制信号，微处理器仅对其发出输出频率、电压等参数就可产生高精度控制信号，输出完好的正弦波，微处理器就有很多时间对整个逆变器进行检测、保护等控制。这种方式电路简单、效果好、可靠性高，是目前广泛使用的控制方法，有关内容请另找专业书籍或资料。

下面是SPWM逆变器开关管通断切换与波形动画，动画左面是开关管通断切换动画，右面上部分是调制信号动画，右面下部分是输出电压波形动画。

SPWM逆变器波形动画

以上介绍的是单相的逆变过程，使用最多的是三相逆变器，三相逆变电路则需三套SPWM调制电路，同步进行控制。图4是三相逆变器的主电路图，开关管T1至T6组成桥式逆变电路，通过三相SPWM调制控制，输出三相交流电，RA、RB、RC是三相负荷，按星形接法，中性线接点为N。电阻R1与R2大小相同、电容C1与C2大小相同，它们在直流输入侧建立中性点N，该点电位为Ud/2，两个N点都是中性点，当三相负荷RA、RB、RC相同时，两个N点电位相同，两个N点可以连接。实际应用中多数不连接N点，输入端R1、R2、C1、C2只需一个滤波电容即可。

有关SPWM调制三相逆变电路较复杂，具体内容请另找专业书籍或资料。

图4三相逆变电器主路

对于三相SPWM逆变器的直流电压利用率是输出的正弦波线电压（峰值）与输入的直流电压之比，理论值最大为0.866，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于0.866。对于输出线电压（有效值）为380V三相交流电的逆变电路输入直流电压要高于620V。

从理论上讲，三角波（载波）频率越高，输出波形越接近正弦波。实际上，开关管的通断变化虽然很快，但仍需要一定的时间，在这个时间段里，开关管要承受高电压，大电流的冲击，功耗很大，高频率切换不但加大损耗降低电源效率，还可能使管子发热烧毁。一般逆变器的载波频率约几千赫兹，小功率的频率高些，大功率逆变器的频率低些。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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