PWM控制技术论文.docx

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1、PWM限制技术论文西安科技高校电气与限制工程学院电气工程与其自动化1401班赵蕾14060601022016年6月12日PWM限制技术赵蕾（电气与限制工程学院电气1401班1406060102）简介:PWM(PulseWidthMOdUlatiOn)限制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需的波形(含形态和幅值)。通过变更输出方波的占空比来变更等效的输出电压。广泛的应用于电动机的调速和阀门限制，比如电动车电机制速就是运用这种方式。脉宽调制(PWM,PulseWidthModulation)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行限制的种特别有效的技术，

2、广泛应用在从测灶、通信到功率限制与变换的很多领域中。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法.通过高辨别率计数器的运用，方波的占空比被调制用来对个详细模拟信号的电平进行编码。关健词：PWM;电力；计算机关于PWM技术基本原理：采样限制理论中彳丁一个重要的理论：冲量相等而形态不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲也即指窄脉冲的面积。这里所说的效果必本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。假如把各输入波形用傅里叶变换分析，则其低频段特别接近，仅在高频略有差异。（面积等效原理）这是PWM限制技术的重耍基础理论。检点：开关电源一般都采纳脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高、效

3、率高、功率密度高、牢匏性高。然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程本身就是一电磁骁扰（EMD）源，它产生的EMI信号有很宽的频率范国，又有肯定的幅度。若把这种电源干脆用于数字设备，则设备产生的EMI信号会变得更加刷烈和困难。优点：PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，在进行数模转换。可将噪声影响降到最低。对噪声反抗实力的增加是PWM相对于模拟限制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要缘由。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。由此在沟通传动与至其它能量变换系统中得到广泛应用。PWM限

4、制技术大致可以分为三类:正弦PWM(包括电压、电流或磁通的正弦为H标的各种PWM方案，多重PWM也应归于此类)。正弦PWM已为人们所熟知。斤在改善输出电压、电流波形、降低电源系统谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其独特的优势。优化PWM优化PWM所追求的是实现电流谐波畸变率(THD)最小、电压利用率毋高、效率最优，与转矩脉动最小以与其它特定优化目标。随机PWMSPWM（正弦除真制）引言：工程实际中应用最多的是正弦PWM法（简称SPWM）,它是在每个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每矩形波的面枳近似对应正弦波各相应每一份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所

5、包困的面积可用这N个等幅不等宽的矩形脉冲面积来等效。各矩形脉冲的宽度可自由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉冲：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变更的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可以生成SPWM波形。在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来支配.当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉冲调制”1 .单极性

6、SPWM法调制波和我波：曲线是正弦调制波，其周期确定于须要的调频比kf,振幅值确定于ku,曲线是采纳等腰三角波的载波，其周期确定于载波频率，振幅不变，等于ku=l时正弦调制波的振幅值，每半周期内全部三角波的极性均相同（即单极性）。调制波和载波的交点，确定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度，每半周期内的脉冲系列也是单极性的。（2）单极性调制的工作特点：每半个冏期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时断地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反，流经负载Z1.的便是正、负交替的交变电流。图：单极性SPWM2 .双极性SPWM法调制波和载

7、波:双极型限制则是指在输出波形的半周期内，逆变器同一桥壁中的两只元件均处于开关状态，但他们之间的关系是互补的，即通断状态彼此是相反交替的C这样输出波形在任何半周期内都会出现正、负极性电压交替的状况,故称之为双极性限制,与单极性限制方式相比，栽波和限制波都变成了有正、负半周的沟通方式，其输出矩形波也是随意半周中均出现正负交替的状况。调制波仍为正弦波，其周期确定于kf,振幅确定于ku,中曲线，载波为双极性的等腰三角波，其周期确定于载波频率，振幅不变，与ku=l时正弦波的振幅值相等。调制波与载波的交点确定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，此脉冲系列也是双极性的，但是，由相电压合成为线电压(Uab=Ua-

8、Ub;UbC=Ub-Uc;UCa=Ue-Ua)时，所得至的线电压脉冲系歹IJ却是单极性的。(2)双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，皂不停息，而流过负载Z1.的是按线电压规律变更的交变电流。WWWWtWwffifffflffflttHlfll图：双极性SPWM波形SPWM生成方法：正弦脉宽调制波(SPWM)的生成方法可分为硬件电路与软件编程两种生成方式。可用模拟电路构成三角波栽波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对功率开关器件的通断进行限制，就可以生成SPWM波形。但这种模拟电路结构负载，难以实现精确的

9、限制。微机限制技术的发展使得用软件生成的SPWM波形变得比较简洁，因此，目前SPWM波形的生成和限制多用微机来实现。实施要求：必福实时地计算调制波（正弦波）和载波（三角波）的全部交点的时间坐标,依据计算结果，方序地向逆变桥中各逆变器件发出“通”和“断”的动作指令。调整频率时，一方面，调制波与载波的周期要同时变更（变更的规律本文不作介绍）；另一方面，调制波的振幅要随频率而变，而我波的振幅则不变，所以，每次调整后，所交点的时间坐标都必需重新计算。要满意上述要求，只有在计算机技术取得长足进步的20世纪80年头才有可能，同时，乂由于大规模集成电路的匕速发展，迄今，已经有能够产生满意要求的SPWM波形的

10、专用集成电路了。应用简介详细应用:S8281型SPWM波发生器原理与在变频器中的应用脉宽调制技术通过肯定的规律限制开关元件的通断，来获得一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，用以近似正弦电压波形。脉宽调制技术在逆变器中的应用对现代电力电子技术以与现代调速系统的发展起到极大的促进作Jflo近几年来，由于场控自关断器件的不断涌现，相应的高频SPWM（正弦脉宽调制）技术在电机调速中得到广泛应用。SA8281是MlTE1.公司推出的种用于三相SPWM波发生和限制的集成电路，它与微处理器接口便利，内置波形RoM与相应的限制逻辑，设置完成后可以独立产生三相PWM波形,只有当输出频率或幅值等须要变更时才需微处理器

11、的干预,微处理器只用很少的时间限制它，因而有实力进行整个系统的检测。爱护和限制等。基FSA8281和89C52的变频器具有电路简洁。功能齐全。性能价格比高。牢鸵性好等优点。单片机生成：市场上运用的很多单片机都方生成SPWM限制波形的功能，该生成波形外接驱动电路即可驱动功率桥，达到逆变的目的:应当说，只要具有PWM模块和定时器模块的单片机都可以完成此任务。详细实现即首先将正弦表赋值给数组.然后PWM波形发生模块每个PWM周期进入中断，在ISR中依据正弦表更改PWM比较器的值，依次循环即可。PO.O-PO.7RD89C52WA1.EP2.7TNTUPl.0ADO.O-ADO.7R、Y、B相输出SA

12、8281A1.ESETTRIPTMP旧C1.K耦高动光隔驱稳路单电驱动R、B相IGBT电压故障信号看流故障信号台热故障信号一112MHz晶体振荡器图4SA8281和89C52的接口总结：SPWM(SinusoidalPWM)法是一种比较成熟的，目前应用较广泛的PWM法。它是在PWM的基础上变更了调制的脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛的应用于直流沟通逆变器等，=相SPWM是运用SPWM模拟市场的三相输出，在变频领域被广泛的采纳CSVPWM（空间矢陈宽说制）引音：SVPWM是近年发展的种比较新奇的限制方法，是由三相功率逆变器的六个功率

13、开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近干志向的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果动身，着眼于如何使电机获得志向网形做链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的南波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更靠近圆形，树对于传统的SPWM方法，其功率器件的开关次数可削减1/3,直流电压利用率可提高15%,转矩脉动小、噪声低，谐波抑制效果好，且易于数字化实现.SVPWM的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子志向磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的

14、实际磁徒矢量来追踪其精确磁链网。传统的SPWM方法从电源的角度动身，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简洁,也便于微处理器的实时限制.原理：SVPWM的原理是利用逆变器各桥臂开关限制信号的不同组合，使逆变器的输出电压矢盘的运行轨迹尽可能接近圆形。SVPWM技术应用于沟通调速系统中不但改善了脉宽调制（PWM）技术存在电压利用率偏低的缺点，而且具布转矩脉动小、噪声低等优点。一般的二相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥。这六个开关器件组合起来（同一个桥臂的上卜半桥的信号相反）共彳8种平安的开关状态.其中000、Ill（这里是表示三个匕桥

15、臂的开关状态）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。因此称其为零矢属。另外6种开关状态分别是六个有效矢量。它们将360度的电压空间分为60度一个周区，共六个扇区，利用这六个基本有效矢量和两个零量，可以合成360度内的任何矢量。当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，而后用这两个基本矢量:去表示，而每个基本矢城的作用大小就利用作用时间长短去代表。用电压矢量依据不同的时间比例去合成所须要的电压矢量。从而保证生成电压波形近似于正弦波.在变频电机驱动时，矢病方向是连续变更的，因此我们须要不断的计算矢量作用时间.为了计算机处理的便利，在合成时般是定时器计算（如每0.1ms计算一次）。这样我们只要算出在Slms内两个基本矢量作用的时间就可以了。由于计算出的两个时间的总和可能并不是0lms（比这小）,而那剩下的时间就按状况插入合适零矢量。由于在这样处理时，合成的驱动波形和PWM很类似。因此我们还叫它PWM,又因这种PWM是基于电压空间矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。基本电压空间矢量：当三相逆变器（180导通方式）对PMSM供电时，定于电压由逆变器三组6个功率管的开关状态确定。由逆变器各桥臂不同的开关状态，可以得到8个基本电压矢塘，包括2个零矢城和6个非零电压矢量。6个非零矢量的幅值相同,相邻的矢量互差60每个矢成长度均等于2Udc