SPWM和SVPWM
采用PWM的变频器,是将直流电压通过调制,变成变频变幅值的电压(交流或直流)。最开始采用的是SPWM,因为实现简单,只需要将想要输出的调制波形和三角载波比较就可以了,在“远古”时代模拟电路就可以很简单的实现。
定义调制比为输出相电压和直流电压1/2的比值,SPWM的调制比为1。
SVPWM现在大家叫空间矢量PWM,它是从电机磁通正弦的角度出发,想通过电压的控制获得恒定的圆形旋转磁场,所以也叫正弦磁通PWM。磁通是电压的积分,SVPWM就是通过选择合适的电压矢量和作用时间,来使得磁通更接近圆形。SVPWM最大的好处是提高了电压利用率,调制比可以达到1.15(比SPWM提高了15%)。更通俗的理解SVPWM的调制比提升,就是输出的线电压峰值能等于直流母线电压,而SPWM最高能输出的电压峰值为直流母线电压的sqrt(3)/2.
SVPWM的数字实现
很多文献和教科书都会去讲怎么计算8个电压矢量的作用时间,怎么按顺序去作用电压矢量,该过程实在是太虐心,太考验人的耐性。而最开始搞SPWM的人不死心,想看看SVPWM这种电压矢量作用方式下,等效的载波是什么样的。于是很多大神上场发挥作用,最后研究下来,发现其调制波是在正弦波的基础上,注入了三次谐波。
而且三次谐波很特别,并不是一个三次正弦信号,而是类似三角波的波形。很幸运,这个注入的谐波还有解析式,Uz=middle(Ua,Ub,Uc),也即是三相输出电压ua,ub,uc的中间值。那就好办了,SVPWM的数字实现时,不用再采用复杂的空间位置计算了,只需要求取中间值,进行叠加即可。
更进一步研究,对Uz采用不同的取值,除了可以得到SVPWM外,还可以变化得到5段式pwm、过调制的PWM等等。对于三电平、五电平或者七电平,研究的思路也是相似。
PWM的放大倍数
相信很多搞电力电子控制的人,都会被Kpwm这个系数给困扰。它出现在很多文献和教科书中,用于推到系统的传递函数,但没有人来讲它到底是多少。Kpwm其实是来衡量pwm调制经过功率器件后的放大系数。
Kpwm=Uout/Uref。通过上图可以看到,Kpwm和很多因素有关,比如PWM调制算法、芯片的pwm逻辑电路、功率器件,每个人对这些细节的定义都不一样,所以Kpwm没有一个确切的值,我想也是很多著作不屑于讲明白的原因吧。实际应用中,应该假设如果我输出一个Uref值,通过各种闯关后,最终输出的Uout是多少,以此来得到自己Kpwm。
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