單相方波逆變電路的諧波控制

單相方波逆變電路的諧波控制

一、逆變電路諧波控制的基本方法
通過前面的介紹，方波逆變電路解決了調(diào)頻、調(diào)壓等問題，對
于如感應(yīng)加熱等應(yīng)用已經(jīng)不存在問題，但若將逆變電路應(yīng)用于電機
調(diào)速之類的應(yīng)用場合，存在的主要問題是諧波含量偏高；因此，解
決諧波問題是逆變電源應(yīng)用于調(diào)速、UPS等場合的關(guān)鍵。
常用的諧波控制方法有：SPWM調(diào)制法、電流跟蹤法、指定消
諧法等多種方法。
二、 SPWM調(diào)制技術(shù)及其應(yīng)用
1、 正弦脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)的理論基礎(chǔ)
采樣控制理論中有一個重要結(jié)論：形狀不同但面積相等的窄脈沖
加之于線性環(huán)節(jié)時，得到的輸出效果基本相同。如圖所示，分別是矩
形、三角形、正弦半波窄脈沖和理想單位脈沖函數(shù)為波形的電壓源
u(t) 施加于R、L負(fù)載上的情況，當(dāng)負(fù)載時間常數(shù)遠(yuǎn)大于激勵脈沖持續(xù)
時間時，響應(yīng) i(t) 基本一致，只在上升段有所不同。由于響應(yīng)持續(xù)時
間較長的下降段體現(xiàn)了低頻成份，持續(xù)時間短的上升段體現(xiàn)了響應(yīng)的
高頻分量，因此各個響應(yīng)按傅里葉分析在低頻段基本一致，差別存在
于高頻段。當(dāng)激勵脈沖越窄（或負(fù)載慣性常數(shù)與脈沖持續(xù)時間相差越
大），則響應(yīng)的高頻段所占比例愈小，整個響應(yīng)愈相近。

線性系統(tǒng)周期性窄脈沖群的響應(yīng)可以等效為各個窄脈沖相應(yīng)的疊
加，這樣某一以時間為自變量的激勵函數(shù)加在慣性環(huán)節(jié)上的響應(yīng)可以
被等效為按時間段與之面積相等的窄脈沖序列加在同一環(huán)節(jié)上得到的
響應(yīng)。
利用等面積序列脈沖等效正弦半波相應(yīng)時間段的面積就形成了
一系列脈寬隨正弦波瞬時值變動的脈沖序列－－即SPWM波，如圖所
示。開關(guān)功率變換器輸出為脈沖函數(shù)，利用高頻SPWM波施加于負(fù)
載，并配置低通濾波環(huán)節(jié)就能夠產(chǎn)生需要的低頻正弦響應(yīng)－－即
SPWM 調(diào)制技術(shù)的基本原理與方法。
2、自然采樣法－－產(chǎn)生SPWM波的基本方法
按照三角波（或鋸齒波、統(tǒng)稱為載波）與正弦波（調(diào)制波）比較，產(chǎn)生SPWM脈沖序列的方法稱為自然采樣法。
正弦波在不同相位角時其值不同，與三角波相交所得脈沖寬度也不同；
當(dāng)正弦波頻率變化和幅值變化時，各個脈沖寬度也相應(yīng)發(fā)生變化。
利用模擬電路可以方便的實現(xiàn)這個功能，將正弦波與三角波施加于比較器的兩個輸入，其輸出即為SPWM波，因此這種方法在模擬控制方式中比較常用，但作為數(shù)字控制時由于計算工作量大，一般不常用。
自然采樣法示意：
uc為三角載波，周期為Tc
us為正弦調(diào)制波，周期為Ts
當(dāng) us> uc 時，輸出＋Uo
當(dāng) us uc 時，輸出－Uo
一般有：Ts>> Tc
usm≤ ucm

3、規(guī)則采樣法（自然采樣法的改進(jìn)－－適合數(shù)字控制）
規(guī)則采樣法的原理
以載波周期谷點時刻調(diào)制波瞬時值為整個載波周期內(nèi)調(diào)制波的幅
值，這樣調(diào)制波與與載波比較得到SPWM信號的方法稱為規(guī)則采樣法。
規(guī)則采樣法的特點
（1）相當(dāng)于以載波周期谷點時刻調(diào)制波瞬時值為基準(zhǔn)的階梯波代替正
弦調(diào)制波來產(chǎn)生SPWM波；
（2）在數(shù)字控制系統(tǒng)中，SPWM信號由計算機產(chǎn)生，各個脈沖起始與
終止時刻需要實時計算或查表，采用這種方法計算工作量大為減
小，因此，在數(shù)字控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。
規(guī)則采樣法示意：
uc為三角載波，周期為Tc
us為正弦調(diào)制波，周期為Ts
以載波周期谷點時刻調(diào)制波瞬時值
為整個載波周期內(nèi)調(diào)制波的幅值us(t0)
當(dāng) us> uc 時，輸出＋Uo
當(dāng) us uc 時，輸出－Uo