单相方波逆变电路的谐波控制

单相方波逆变电路的谐波控制

一、逆变电路谐波控制的基本方法
通过前面的介绍，方波逆变电路解决了调频、调压等问题，对
于如感应加热等应用已经不存在问题，但若将逆变电路应用于电机
调速之类的应用场合，存在的主要问题是谐波含量偏高；因此，解
决谐波问题是逆变电源应用于调速、UPS等场合的关键。
常用的谐波控制方法有：SPWM调制法、电流跟踪法、指定消
谐法等多种方法。
二、 SPWM调制技术及其应用
1、 正弦脉宽调制（SPWM）技术的理论基础
采样控制理论中有一个重要结论：形状不同但面积相等的窄脉冲
加之于线性环节时，得到的输出效果基本相同。如图所示，分别是矩
形、三角形、正弦半波窄脉冲和理想单位脉冲函数为波形的电压源
u(t) 施加于R、L负载上的情况，当负载时间常数远大于激励脉冲持续
时间时，响应 i(t) 基本一致，只在上升段有所不同。由于响应持续时
间较长的下降段体现了低频成份，持续时间短的上升段体现了响应的
高频分量，因此各个响应按傅里叶分析在低频段基本一致，差别存在
于高频段。当激励脉冲越窄（或负载惯性常数与脉冲持续时间相差越
大），则响应的高频段所占比例愈小，整个响应愈相近。

线性系统周期性窄脉冲群的响应可以等效为各个窄脉冲相应的叠
加，这样某一以时间为自变量的激励函数加在惯性环节上的响应可以
被等效为按时间段与之面积相等的窄脉冲序列加在同一环节上得到的
响应。
利用等面积序列脉冲等效正弦半波相应时间段的面积就形成了
一系列脉宽随正弦波瞬时值变动的脉冲序列－－即SPWM波，如图所
示。开关功率变换器输出为脉冲函数，利用高频SPWM波施加于负
载，并配置低通滤波环节就能够产生需要的低频正弦响应－－即
SPWM 调制技术的基本原理与方法。
2、自然采样法－－产生SPWM波的基本方法
按照三角波（或锯齿波、统称为载波）与正弦波（调制波）比较，产生SPWM脉冲序列的方法称为自然采样法。
正弦波在不同相位角时其值不同，与三角波相交所得脉冲宽度也不同；
当正弦波频率变化和幅值变化时，各个脉冲宽度也相应发生变化。
利用模拟电路可以方便的实现这个功能，将正弦波与三角波施加于比较器的两个输入，其输出即为SPWM波，因此这种方法在模拟控制方式中比较常用，但作为数字控制时由于计算工作量大，一般不常用。
自然采样法示意：
uc为三角载波，周期为Tc
us为正弦调制波，周期为Ts
当 us uc 时，输出＋Uo
当 us< uc 时，输出－Uo
一般有：Ts Tc
usm≤ ucm

3、规则采样法（自然采样法的改进－－适合数字控制）
规则采样法的原理
以载波周期谷点时刻调制波瞬时值为整个载波周期内调制波的幅
值，这样调制波与与载波比较得到SPWM信号的方法称为规则采样法。
规则采样法的特点
（1）相当于以载波周期谷点时刻调制波瞬时值为基准的阶梯波代替正
弦调制波来产生SPWM波；
（2）在数字控制系统中，SPWM信号由计算机产生，各个脉冲起始与
终止时刻需要实时计算或查表，采用这种方法计算工作量大为减
小，因此，在数字控制系统中应用广泛。
规则采样法示意：
uc为三角载波，周期为Tc
us为正弦调制波，周期为Ts
以载波周期谷点时刻调制波瞬时值
为整个载波周期内调制波的幅值us(t0)
当 us uc 时，输出＋Uo
当 us uc 时，输出－Uo

直流—交流变换技术