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頻、調壓等問題，對
于如感應加熱等應用已經不存在問題，但若將逆變電路應用于電機
調速之類的應用場合，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用于調速、UPS等場合的關鍵。
常用的諧波控制方法有：SPWM調制法、電流跟蹤法、指定消
諧法等多種方法。
二、 SPWM調制技術及其應用
1、 正弦脈寬調制（SPWM）技術的理論基礎
采樣控制理論中有一個重要結論：形狀不同但面積相等的窄脈沖
加之于線性環節時，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為波形的電壓源
u(t) 施加于R、L負載上的情況，當負載時間常數遠大于激勵脈沖持續
時間時，響應 i(t) 基本一致，只在上升段有所不同。由于響應持續時
間較長的下降段體現了低頻成份，持續時間短的上升段體現了響應的
高頻分量，因此各個響應按傅里葉分析在低頻段基本一致，差別存在
于高頻段。當激勵脈沖越窄（或負載慣性常數與脈沖持續時間相差越
大），則響應的高頻段所占比例愈小，整個響應愈相近。

線性系統周期性窄脈沖群的響應可以等效為各個窄脈沖相應的疊
加，這樣某一以時間為自變量的激勵函數加在慣性環節上的響應可以
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節上得到的
響應。
利用等面積序列脈沖等效正弦半波相應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。開關功率變換器輸出為脈沖函數，利用高頻SPWM波施加于負
載，并配置低通濾波環節就能夠產生需要的低頻正弦響應－－即
SPWM 調制技術的基本原理與方法。
2、自然采樣法－－產生SPWM波的基本方法
按照三角波（或鋸齒波、統稱為載波）與正弦波（調制波）比較，產生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；
當正弦波頻率變化和幅值變化時，各個脈沖寬度也相應發生變化。
利用模擬電路可以方便的實現這個功能，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為正弦調制波，周期為Ts
當 us> uc 時，輸出＋Uo
當 us uc 時，輸出－Uo
一般有：Ts>> Tc
usm≤ ucm

3、規則采樣法（自然采樣法的改進－－適合數字控制）
規則采樣法的原理
以載波周期谷點時刻調制波瞬時值為整個載波周期內調制波的幅
值，這樣調制波與與載波比較得到SPWM信號的方法稱為規則采樣法。
規則采樣法的特點
（1）相當于以載波周期谷點時刻調制波瞬時值為基準的階梯波代替正
弦調制波來產生SPWM波；
（2）在數字控制系統中，SPWM信號由計算機產生，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，在數字控制系統中應用廣泛。
規則采樣法示意：
uc為三角載波，周期為Tc
us為正弦調制波，周期為Ts
以載波周期谷點時刻調制波瞬時值
為整個載波周期內調制波的幅值us(t0)
當 us> uc 時，輸出＋Uo
當 us uc 時，輸出－Uo