pwm脉宽调制原理
扫描二维码
随时随地手机看文章
基本原理脉宽调制(PWM)基本原理:控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波形,所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,即可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。例如,把正弦半波波形分成N等份,就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等,都等于 ∏/n ,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合,且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(即冲量)相等,就得到一组脉冲序列,这就是PWM波形。可以看出,各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理,PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。在PWM波形中,各脉冲的幅值是相等的,要改变等效输出正弦波的幅值时,只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可,因此在交-直-交变频器中,PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。根据上述原理,在给出了正弦波频率,幅值和半个周期内的脉冲数后,PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的PWM波形。下图为变频器输出的PWM波的实时波形。
PWM实际波形图折叠编辑本段脉宽调制分类图6.2图6.3从调制脉冲的极性看,PWM又可分为单极性与双极性控制模式两种。产生单极性PWM模式的基本原理如图6.2所示。首先由同极性的三角波载波信号ut。与调制信号ur,比较(图6.2(a)),产生单极性的PWM脉冲(图6.2(b));然后将单极性的PWM脉冲信号与图6.2(c)所示的倒相信号UI相乘,从而得到正负半波对称的PWM脉冲信号Ud,如图6.2(d)所示。双极性PWM控制模式采用的是正负交变的双极性三角载波ut与调制波ur,如图6.3所示,可通过ut与ur,的比较直接得到双极性的PWM脉冲,而不需要倒相电路。折叠编辑本段谐波频谱假设SPWM波的载波频率为fc,基波频率为fs,fc/fs称为载波比N,对于三相变频器,当N为3的整数倍时,输出不含3次谐波及3的整数倍谐波。且谐波集中载波频率整数倍附近,即谐波次数为:kfc±mfs,k和m为整数。右图是基波频率fs=50Hz,载波频率fc=3kHz,调制比为0.8的SPWM的波形及频谱的Matlab仿真图。图中58次谐波和60次谐波的幅值分别为27.8%和27.7%,含量最大的谐波为119次和121次谐波,谐波幅值分别为39.1%和39.3%。即最大谐波在两倍载波频率附近。PWM测量装置随着谐波频率的升高,谐波幅值整体呈现下降趋势,按照GB/T22670变频器供电三相笼型感应电动机试验方法的规定,变频电量变送器的带宽应该在载波频率的6倍以上,当载波频率为3kHz时,带宽至少为18kHz,实际使用建议采用30kHz以上带宽的变频功率传感器及变频功率分析仪。实际的SPWM波,其载波比不一定为整数,此时,为了降低频谱泄露,可适当增加傅里叶窗口长度,对多个基波周期的PWM进行傅里叶变换(FFT或DFT)。