PWM為脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation)的簡稱。由于PWM逆變器的交流側只能輸出不同的電平而非連續的正弦波,因此需要采用PWM調制技術產生幅值相同、寬度不等的脈沖對逆變器進行控制,使得逆變器輸出電壓等效為正弦波。PWM調制具體可以分為幾種方法,本文主要對幾種PWM調制方法進行對比分析。
PWM調制的基本原理
SPWM
SPWM是最常規的正弦PWM調制算法,這種調制方法通過將正弦的調制波(參考波)與三角的載波波形進行比較,生成脈沖波形用于器件的開關指令。載波(即三角波)的頻率即決定了器件的開關頻率。定義調制比為調制波的基波幅值與載波的幅值之比,在SPWM調制中,若想要輸出的電壓波形不發生畸變,調制比的最大值為 1。
SPWM的基本原理
SPWM(三次諧波注入)
SPWM是最常規的正弦PWM調制算法,這種調制方法通過將正弦的調制波(參考波)與三角的載波波形進行比較,生成脈沖波形用于器件的開關指令。載波(即三角波)的頻率即決定了器件的開關頻率。定義調制比為調制波的基波幅值與載波的幅值之比,在SPWM調制中,若想要輸出的電壓波形不發生畸變,調制比的最大值為 1。
三次諧波注入的調制波示意圖
SVPWM
SVPWM是由PWM逆變器的六個開關器件組成的特定開關模式產生的脈寬調制波,能夠使輸出電流波形盡可能接近理想的正弦波形。這種方法采用空間電壓矢量將三相的正弦波形轉化為一個二維,勻速旋轉的空間矢量,矢量在不同的扇區內產生不同的開關狀態組合,并通過矢量合成的原理分配每一個開關動作的時間占比。
SVPWM與SPWM的出發點是不同的,但是本質上SVPWM是在SPWM的相調制波中加入了零序分量后進行規則采樣得到的結果。相比與SPWM,此調制方法的調制比最大值也為1.15,且每次開關只涉及一個器件,開關損耗小。
空間電壓矢量表示方法
SVPWM等效調制波示意圖
DPWM
DPWM是基于SVPWM的一種不連續脈寬調制算法,相比于基礎的SVPWM,每個相位的輸出會一個周期的特定的時間段內被箝位到正或負直流電位。這種方法相較于SVPWM的開關損耗更小,但諧波更大。
一種DPWM方法的等效調制波(DPWMMAX)
總的來說,不同調制方法主要影響了逆變器輸出的最大交流電壓(即調制比)、諧波特性以及器件開關頻率。在對功率器件進行損耗計算等分析時,要考慮調制方法對功率器件開關特性的影響。
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原文標題:PWM逆變器的不同調制方法對比
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