0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

SPWM应用实例和原理解析

CHANBAEK 来源:远宽能源实时仿真 作者: 远宽能源市场部 2023-12-03 15:26 次阅读

01

SPWM应用实例和原理解析

应用实例:三相两电平桥逆变器

下图是两电平桥SPWM电路的结构图。该电路采用两电平、三桥臂的主电路模式,采用IGBT作为开断元件,采用二极管构建旁通回路,通过调制SPWM的脉冲控制信号,分别来控制桥式电路中IGBT的通与断,改变电路的拓扑和更新电路状态。

图片

两电平桥SPWM结构

SPWM调制的基本原理:

SPWM调制的基本原理是把正弦调制波与三角形载波进行比较:

当正弦波大于三角波时,给上桥臂导通信号,给下桥臂关断信号;

当正弦波小于三角波时,给上桥臂关断信号,给下桥臂导通信号;

这样就可以得到脉冲宽度按正弦规律变化的和正弦波等效的PWM波形,也称为SPWM(Sinusoidal PWM),下图具体展示如何通过参考波与三角载波比较来生成上桥臂的PWM脉冲。

图片

SPWM相关概念

调制比 (m):指的是参考正弦波的幅度与三角载波幅度的比值,对于SPWM调制来说,逆变生成的基频电压波形的幅度与调制比m和直流电压Vdc有如下的关系:

图片

死区 :对于电压源型的逆变电路,上下桥臂的开关命令是互补的。由于实际的开关器件不是理想的,不能瞬时关断,为了避免上下桥臂的开关器件同时导通,烧坏器件。需要把每个管子的开通命令稍微延迟一段时间再发出,这个时间也常常被称为死区时间。

02

SVPWM 原理解析

空间矢量调制方式,简称SVPWM,是一种非常常见的三相电压源变流器PWM控制方式。和SPWM相比,SVPWM可以有效提高DC母线电压利用率,降低交流侧电压的谐波率等。然而,SVPWM需要更多的计算。

SVPWM基本原理:

  • 将参考正弦电压信号看作一个旋转矢量。
  • 当上桥臂导通下桥臂关断的时候,将状态标记为1。
    对于三相电压源变流器来说,有8个开关矢量,即(000),(100),(110),(010),(011),(001),(101),(111)。
  • 六个矢量 (100),(110),(010),(011),(001),(101)将空间平面分割成6个扇区。
    一个参考电压向量可以看成两个相邻的开关矢量的线性叠加。

图片

当参考向量落在扇区1时:

图片

V1代表矢量(100);V2代表矢量(110);

上桥臂开关状态描述如下:

图片

图片

03

NPC 三电平桥PWM 脉冲发生

应用实例:NPC型三电平桥变流器

经典NPC型三电平桥变流器,其电路组成同样为IGBT模块,同时加入了钳位二极管,具体电路模型如上图。工作过程中,根据电压的极性和电流的极性,结合控制策略,控制IGBT开关的动作,以达到变流器的工作要求。

图片

PWM调制的基本原理:

NPC型三电平桥常用PWM的脉冲发生方法为 Phase-Disposition SPWM。

对于NPC型变流器,以A相为例,S1和S3两个IGBT开关方式互补,S2和S4两个IGBT开关方式互补。为达到控制要求,需要将两组switch对应的三角波进行上下平移,和同一个参考波进行比较,生成控制IGBT动作的开关信号。具体工作方式如下:

图片

这样就可以得到脉冲宽度按正弦规律变化的和正弦波等效的PWM波形,如下图所示:

图片

04

H桥单极性脉冲发生

应用实例:H桥变流器单极性脉冲发生

下图为一H桥变流器结构,可以将H桥理解为两个半桥的叠加,S1和S2为一组,S3和S4为1组。

图片

当S1和S4导通,S2和S3阻断时,VPN=+Vc;

当S2和S3导通,S1和S4阻断时,VPN=-Vc;

当S1和S3导通,S4和S2阻断(S4和S2导通,S1和S3阻断)时,VPN=0。

为达到以上三种工作状态,对于H桥各IGBT的控制策略按照如下图右的方式。即:对参考波进行求反,和相同的三角波进行比较,将通断信号分别输送给S1、S2、S3、S4,即可达到控制要求。

相比于半桥型变流器,H桥型变流器对DC母线电压的利用率更高,可以输出的交流波形峰值Vpeak=Vc,但与此同时,需要的IGBT开关个数相较于半桥型变流器增多了1倍。

工作原理如下图所示:

图片

05

Phase Shift PWM

应用实例:单相MMC背靠背拓扑

近年来,随着MMC结构的问世和普遍应用,Phase Shifted PWM(PS-PWM)开始成为必须的PWM调制方式。由于MMC结构开关器件多,控制逻辑复杂,SVPWM在MMC结构中的应用相较于PSPWM已显现出明显的不足。例如,逻辑复杂,计算量大,对控制器要求高等。

下图为一单相MMC背靠背结构,由图可知,每个MMC的上下桥臂上各有相同的多个子模块,通过级联方式连接在一起。从子模块的结构可知,每一个子模块可以输出的电压V=Vc 或 0。

图片

PS-PWM调制的基本原理:

由以上介绍的SPWM可知,对于单独一个子模块的调制,可以得到Vc和0两个电平。为使整体MMC结构正常工作,得到需要的正弦电压波形,需要对MMC同一桥臂的各子模块按移相PWM进行控制。

5-level的MMC 一个桥壁有4个子模块;PSPWM调制方式所示,一共有4个三角波,每个三角波相位相差90度;每个子模块对应一个三角波;这四个子模块对应同一个参考波,参考波和对应三角波比较去控制子模块的IGBT的开通和关断,最终产生了阶梯状的类正弦电压波形。

图片

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 二极管
    +关注

    关注

    144

    文章

    8988

    浏览量

    161250
  • PWM
    PWM
    +关注

    关注

    114

    文章

    4886

    浏览量

    209820
  • 逆变器
    +关注

    关注

    270

    文章

    4213

    浏览量

    201453
  • IGBT
    +关注

    关注

    1236

    文章

    3508

    浏览量

    243260
  • SPWM
    +关注

    关注

    13

    文章

    343

    浏览量

    60066
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    一文解析stm32产生spwm原理及程序

    SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法。SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电
    的头像 发表于 05-18 09:11 3.5w次阅读
    一文<b class='flag-5'>解析</b>stm32产生<b class='flag-5'>spwm</b>原理及程序

    电机实例解析

    电机实例解析
    发表于 08-19 22:40

    SPWM算法讲解

    SPWM算法讲解与实际运用实例
    发表于 07-30 10:31

    定位技术原理解析

    【追踪嫌犯的利器】定位技术原理解析(4)
    发表于 05-04 12:20

    虚拟存储器部件原理解析

    虚拟存储器部件原理解析
    发表于 04-15 14:25 2924次阅读

    C语言实例解析精粹_曹衍龙

    《C语言实例解析精粹(第2版)》主要讲解C语言编程涉及的各类常见实例,共分8篇,以基础篇数据结构篇数值计算与趣味数学篇图形篇系统篇常见试题解答篇游戏篇综合实例篇具体展开,
    发表于 12-15 16:44 0次下载
    C语言<b class='flag-5'>实例</b><b class='flag-5'>解析</b>精粹_曹衍龙

    触摸屏的应用与工作原理解析

    触摸屏的应用与工作原理解析
    发表于 02-08 02:13 38次下载

    开关电源设计入门与实例解析

    开关电源设计入门与实例解析
    发表于 09-09 09:53 148次下载
    开关电源设计入门与<b class='flag-5'>实例</b><b class='flag-5'>解析</b>

    查表法实现SPWM波的基本原理和在工程中的应用实例

    查表法实现SPWM波的基本原理和在工程中的应用实例
    发表于 09-14 11:35 60次下载
    查表法实现<b class='flag-5'>SPWM</b>波的基本原理和在工程中的应用<b class='flag-5'>实例</b>

    红外波形显示设计与制作实例解析

    本文主要介绍了红外波形显示设计与制作实例解析.
    发表于 06-26 08:00 22次下载

    888光立方设计与制作实例解析

    本文主要介绍了888光立方设计与制作实例解析.
    发表于 06-25 08:00 92次下载
    888光立方设计与制作<b class='flag-5'>实例</b><b class='flag-5'>解析</b>

    PLC工程应用实例解析

    PLC工程应用实例解析
    发表于 04-21 14:31 26次下载

    《工业电器的节能设计与应用实例解析》pdf

    《工业电器的节能设计与应用实例解析》pdf
    发表于 02-08 11:47 0次下载

    史密斯圆图和阻抗匹配原理解析

    史密斯圆图和阻抗匹配原理解析
    的头像 发表于 11-02 20:16 1657次阅读

    什么是晶振 晶振工作原理解析

    什么是晶振 晶振工作原理解析
    的头像 发表于 12-30 17:13 3802次阅读
    什么是晶振 晶振工作原<b class='flag-5'>理解析</b>