在之前寫的文章中，介紹了三相逆變器的控制方法和數(shù)學(xué)模型，如果忘記了可以回顧一下。

基于PI雙閉環(huán)解耦控制的三相SVPWM電壓型逆變器(1)--數(shù)學(xué)模型

基于PI雙閉環(huán)解耦控制的三相SVPWM電壓型逆變器(2)--控制器設(shè)計(jì)

下面介紹一下調(diào)制方法。

為什么需要調(diào)制方法呢？在之前的控制器的設(shè)計(jì)的最后，我們得到的是目標(biāo)的電壓，而我們的控制對(duì)象是mos管，它的控制信號(hào)是PWM，而不是虛擬的電壓信號(hào)。所以我們要將我們之前得到的目標(biāo)電壓轉(zhuǎn)換成PWM控制信號(hào)。調(diào)制的過(guò)程實(shí)際上就是把目標(biāo)電壓轉(zhuǎn)換成PWM信號(hào)，使得mos能夠按照一定的規(guī)律開(kāi)關(guān)，從而輸出我們的目標(biāo)電壓。

常見(jiàn)的調(diào)制方法有兩種，SPWM和SVPWM兩種。SPWM這種調(diào)制方法，相對(duì)于SVPWM來(lái)說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，控制效果相對(duì)來(lái)說(shuō)差一點(diǎn)，但是SVPWM的控制方法相對(duì)較復(fù)雜。

SPWM

正弦脈寬調(diào)制SPWM，是采用一個(gè)正弦波與三角波相交的方案確定各分段矩形脈沖的寬度。SPWM根本上依據(jù)的是面積等效的原理，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。這里所說(shuō)的慣性環(huán)節(jié)，指的是后面的濾波環(huán)節(jié)。

實(shí)際上是一些形狀不同的窄脈沖曲線與時(shí)間軸包圍的面積如果相等的話，其最終效果相等。那么我們就可以用正弦變化的PWM去等效正弦波。下面的問(wèn)題就是如何讓PWM的高電平時(shí)間正弦變化，或者說(shuō)是占空比正弦變化。

經(jīng)常使用的采樣方法主要是自然采樣和規(guī)則采樣，自然采樣相對(duì)于規(guī)則采樣計(jì)算量比較大，不利于實(shí)現(xiàn)，對(duì)于微控制器來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。所以一般工程上采用規(guī)則采樣，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。

在控制方法上又分為，單極性控制和雙極性控制。

單極性控制

單極性原理圖如下所示

由上圖可以得出單極性調(diào)制，當(dāng)Ur大于Uc時(shí)，Uo輸出高電平。在正半周期載波只有一種極性，不存在負(fù)的情況，對(duì)于負(fù)半周期也一樣。這樣產(chǎn)生的PWM，其輸出只能控制一個(gè)開(kāi)關(guān)管，而另一個(gè)開(kāi)關(guān)管要處于常開(kāi)狀態(tài)。也就是說(shuō)，當(dāng)一組開(kāi)關(guān)管要被打開(kāi)時(shí)，我們只能控制其中一個(gè)，另一個(gè)在半個(gè)調(diào)制波周期內(nèi)都要處于常開(kāi)狀態(tài)。

雙極性控制

雙極性調(diào)制原理圖如下

與單極性調(diào)制的區(qū)別就是，它的載波在任意半個(gè)周期內(nèi)都有兩個(gè)極性，也就是有正有負(fù)。當(dāng)Ur>Uc時(shí)，為正向高電平，反向低電平，當(dāng)Ur

解釋

以單相的逆變電路為例，具體講述一下，單極性和雙極性的控制。在調(diào)制波的正半周期內(nèi)，既VT1和VT4要被打開(kāi)，VT2、VT3要被關(guān)閉，才能使負(fù)載承受正向電壓。在調(diào)制波負(fù)半周期內(nèi)，與之相反。如果是單極性調(diào)制，VT1和VT4，這是有一個(gè)常開(kāi)，另一個(gè)工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，VT2、VT3常閉。調(diào)制波負(fù)半周期與之類似。如果是雙極性調(diào)制，在調(diào)制波正版周期內(nèi)，VT1和VT4都將工作在于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，而VT2、VT3也不會(huì)常閉，而是與VT1、VT4互補(bǔ)導(dǎo)通。

在具體實(shí)現(xiàn)上，可以采用查表法PWM設(shè)置占空比，也可以實(shí)時(shí)計(jì)算PWM占空比。一般采用實(shí)時(shí)計(jì)算，因?yàn)閷?shí)際上它的計(jì)算強(qiáng)度也不太大，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較靈活。

原理很復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)就比較簡(jiǎn)單。只需要然占空比正弦變化即可，以為載波我們?cè)谂渲?a target="_blank">單片機(jī)定時(shí)器的時(shí)候就已經(jīng)確定了。我們只需要改變占空比。在正半周期內(nèi)滿足下面這個(gè)公式，負(fù)半周期取反即可。

D=Ts*M*sin?(wt)

如果是三相的話，只需要在wt后面加上角度差。

SVPWM

相對(duì)于SPWM，SVPWM的復(fù)雜程度提升了不少，但效果也會(huì)更好一點(diǎn)。與 SPWM 相比，SVPWM 的電壓利用率高了約15%。

對(duì)于SVPWM的解釋，要以三相逆變器為例。

圖中，逆變器輸出的三相電為Ua、Ub、Uc，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 代表三相橋臂的 6 個(gè)開(kāi)關(guān)元件，設(shè) A、B、C 三 相橋臂上有對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)變量 a、b、c。使用開(kāi)關(guān)變量來(lái)描述開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通情況。以A相為例

從而可以得出輸出的相電壓與開(kāi)關(guān)變量矢量之間的關(guān)系表達(dá)式。如下圖所示

通過(guò)Clark變換，將Ua、Ub、Uc轉(zhuǎn)變成到αβ坐標(biāo)系，可以得到以下公式

Ua，Ub 可以理解為參考電壓Uref 在（α，β）坐標(biāo)系中所分解得到的子軸分量。Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 的開(kāi)關(guān)組合決定了的8個(gè)基本電壓矢量在空間中的位置如下圖所示。

由圖可以看出，8個(gè)基本電壓矢量分成成了6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)電壓矢量之間的夾角是pi/3，而Uref與α軸的夾角可以通過(guò)三角函數(shù)公式計(jì)算得出。

設(shè)參考電壓矢量Uref與α軸的夾角為θ，在α軸和β軸的分量分別為Ua和 Ub。進(jìn)行SVPWM調(diào)制首先要判斷由Ua和Ub所決定的空間電壓矢量Uref位于哪一個(gè)扇區(qū)。

怎么確定每個(gè)電壓的時(shí)間是調(diào)制的關(guān)鍵之處，主要分為下面幾步

(1).確定合成的電壓矢量的扇區(qū)

(2).將參考電壓矢量分解到與之相鄰的基本電壓矢量。

(3).通過(guò)分解的電壓矢量，確定相鄰的基本電壓矢量的時(shí)間

以第一個(gè)扇區(qū)為例，有以下公式

將兩組公式聯(lián)立就可以得到時(shí)間，如下圖所示

Ed為電壓矢量的幅值，滿足Ed=2Udc/30。使用同樣的方法就能求出，合成電壓矢量Uref在不同扇區(qū)時(shí)，對(duì)應(yīng)不同電壓矢量的時(shí)間。

根據(jù)零矢量分配的不同主要有七段式和五段式兩種SVPWM方法。其中，七段式SVPWM技術(shù)是對(duì)兩個(gè)零矢量V0和V7進(jìn)行靈活安排，可以降低諧波含量。

在三相波形圖一列中，每一行由上到下依次為ABC。根據(jù)上面的表格可以確定，ABC三相的開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間。

在使用SVPWM是，還有一個(gè)問(wèn)題是過(guò)調(diào)制，就是過(guò)調(diào)制的問(wèn)題。當(dāng)零矢量作用時(shí)間為零，基礎(chǔ)電壓矢量合成的空間電壓矢量的端點(diǎn)位于六邊形與其外接圓之間時(shí)，即T1+T2>Ts 時(shí)，逆變器會(huì)發(fā)生過(guò)調(diào)制，導(dǎo)致輸出電壓嚴(yán)重失真。為防止過(guò)調(diào)制現(xiàn)象的發(fā)生，可采用比例縮小算法。設(shè)使能將 處于過(guò)調(diào)制范圍的合成電壓矢量回調(diào)至內(nèi)切圓范圍內(nèi)的非零矢量作用時(shí)間分別為 T3 和 T4，則有如下比例關(guān)系

則處于線性調(diào)制范圍電壓矢量作用時(shí)間分別為：

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