如何产生SPWM波？

SPWM波作用于感性负载与正弦波直接作用于感性负载的效果是一样的。SPWM波有两个形式:单极性SPWM波和双极性SPWM波。

1.单极性SPWM波的产生

SPWM波产生的一般过程是,首先由PWM控制电路产生SPWM控制信号,再让SP-WM控制信号去控制逆变电路中开关器件的通断,逆变电路就输出SPWM波提供给负载。图7-32所示是单相桥式PWM逆变电路,在PWM控制信号控制下,负载两端会得到单极性SPWM波。

单极性PWM波的产生过程说明如下。

信号波(正弦波)和载波(三角波)送入PWM控制电路,该电路会产生PWM控制信号送到逆变电路的各个IGBT的栅极,控制它们的通断。

在信号波U_r为正半周时,载波U_c始终为正极性(即电压始终大于0)。在U_r为正半周时,PWM控制信号使VT₁始终导通、VT₂始终关断。

当U_r＞U_c时,VT₄导通,VT₃关断,A点通过VT₁与U_d正端连接,B点通过VT₄与U_d负端连接,如图7-32b所示,R、L两端的电压U_o=U_d;当U_r＜U_c时,VT₄关断,流过L的电流突然变小,L马上产生左负右正电动势,该电动势使VD₃导通,电动势通过VD₃、VT₁构成回路续流,由于VD₃导通,B点通过VD₃与U_d正端连接,U_A=U_B,R、L两端的电压U_o=0。

在信号波U_r为负半周时,载波U_c始终为负极性(即电压始终小于0)。在U_r为负半周时,PWM控制信号使VT₁始终关断、VT₂始终导通。

当U_r＜U_c时,VT₃导通,VT₄关断,A点通过VT₂与U_d负端连接,B点通过VT₃与U_d正端连接,R、L两端的电压极性为左负右正,即U_o=-U_d,;当U_r＞U_c时,VT₃关断,流过L的电流突然变小,L马上产生左正右负电动势,该电动势使VD₄导通,电动势通过VT₂、VD₄构成回路续流,由于VD₄导通,B点通过VD₄与U_d负端连接,U_A=U_B,R、L两端的电压U_o=0。

从图7-32b中可以看出,在信号波U_r半个周期内,载波U_c只有一种极性变化,并且得到的SPWM也只一种极性变化,这种控制方式称为单极性PWM控制方式,由这种方式得到的SPWM波称为单极性SPWM波。

2.双极性SPWM波的产生

双极性SPWM波也可以由单相桥式PWM逆变电路产生。双极性SPWM波如图7-33所示。下面以图7-32所示的单相桥式PWM逆变电路为例来说明双极性SPWM波的产生。

要让单相桥式PWM逆变电路产生双极性SPWM波,PWM控制电路需产生相应的PWM控制信号去控制逆变电路的开关器件。

图7-32 采用单相桥式PWM逆变电路产生单极性SPWM波

a)电路 b)波形(www.xing528.com)

图7-33 双极性SPWM波

当U_r＜U_c时,VT₃、VT₂导通,VT₁、VT₄关断,A点通过VT₂与U_d负端连接,B点通过VT₃与U_d正端连接,R、L两端的电压U_o=-U_d。

当U_r＞U_c时,VT₁、VT₄导通,VT₂、VT₃关断,A点通过VT₁与U_d正端连接,B点通过VT₄与U_d正端连接,R、L两端的电压U_o=U_d。在此期间,由于流过L的电流突然改变,L会产生左正右负的电动势,该电动势使续流二极管VD₁、VD₄导通,对直流侧的电容充电,进行能量的回馈。

R、L上得到的PWM波形如图7-32所示U_o电压,在信号波U_r半个周期内,载波U_c的极性有正、负两种变化,并且得到的SPWM也有两个极性变化,这种控制方式称为双极性PWM控制方式,由这种方式得到的SPWM波称为双极性SPWM波。

3.三相SPWM波的产生

单极性SPWM波和双极性SPWM波用来驱动单相电动机，三相SPWM波则用来驱动三相异步电动机。图7-34所示是三相桥式PWM逆变电路,它可以产生三相SPWM波,图中的电容C₁、C₂容量相等,它将U_d电压分成相等两部分,N′为中点,C₁、C₂两端的电压均为U_d/2。

图7-34 三相桥式PWM逆变电路产生三相SPWM波

a)电路 b)波形

三相SPWM波的产生说明如下(以U相为例):三相信号波电压U_rU、U_rV、U_rW和载波电压U_c送到PWM控制电路,该电路产生PWM控制信号加到逆变电路各IGBT的栅极,控制它们的通断。

当U_rU＞U_c时,PWM控制信号使VT₁导通、VT₄关断,U点通过VT₁与U_d正端直接连接,U点与中点N′之间的电压U_UN′=U_d/2。

当U_rU＜U_c时,PWM控制信号使VT₁关断、VT₄导通,U点通过VT₄与U_d负端直接连接,U点与中点N′之间的电压U_UN′=-U_d/2。

电路工作的结果使U、N′两点之间得到图7-34b所示的脉冲电压U_UN′,在V、N′两点之间得到脉冲电压U_VN′,在V、N′两点之间得到脉冲电压U_WN′,在U、V两点之间得到电压为U_UV(U_UV=U_UN′-U_UN′),UUV实际上就是加到L₁、L₂两绕组之间的电压,从波形图可以看出,它就是单极性SPWM波。同样地,在U、W两点之间得到的电压为U_UW,在V、W两点之间得到电压的为U_VW,它们都为单极性SPWM波。这里的U_UW、U_UV、U_VW就称为三相SPWM波。