就SPWM的幾點(diǎn)結(jié)論進(jìn)行解釋

雖然在工程中基本都是用SVPWM或其變形，很少用到SPWM，但是說到SVPWM優(yōu)點(diǎn)的時候，總是將之與SPWM做對比，因此有必要對SPWM做一些了解。

本篇主要就SPWM的幾點(diǎn)結(jié)論進(jìn)行解釋。

pwm

陳伯時著作中的一段話

想要理解這段話中的前半段背后的理論，首先需要理解兩個概念。

電壓利用率：逆變電路輸出的線電壓的基波幅值和直流母線電壓Ud的比值。

因?yàn)槟妇€端的電壓有限制，為了輸出更大的線電壓，當(dāng)然也就希望電壓利用率越高越好了。

調(diào)制度：逆變器輸出的相電壓基波幅值與SPWM在線性調(diào)制區(qū)輸出的最大相電壓幅值（1/2*Ud）的比值。

調(diào)制度如果大于1，則進(jìn)入過調(diào)制區(qū)域，本文僅考慮線性區(qū)域，即調(diào)制度不大于1的情況。

在談SPWM或SVPWM的時候，首先需要明確我們的需求是什么？

為了讓永磁同步電機(jī)朝一個方向勻速旋轉(zhuǎn)，電機(jī)的定子需要產(chǎn)生一個勻速旋轉(zhuǎn)的磁場，去牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)子。為了產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，要求電機(jī)UVW三相（空間相差120度）需要加載幅值相等，且在時間上相差120度相位的正弦電流。而為了產(chǎn)生這樣的電流波形，需要在UVW三相上加載幅值相等，時間上相差120度相位的電壓波形。如何產(chǎn)生這樣的電壓波形呢？

Fig1 電源中點(diǎn)為參考電位0

Fig2 電源負(fù)極為參考電位0V

1，SPWM的星結(jié)點(diǎn)電位是固定的。

為什么呢？這里需要說明的是，應(yīng)該說星結(jié)點(diǎn)處，將實(shí)際脈沖等效后的電位為固定，此處電位并非每時每刻都為固定。因?yàn)閯討B(tài)分析下，星結(jié)點(diǎn)電位是波動的。如采用Fig1所示的參考電位選擇方式，那么星結(jié)點(diǎn)n電位可能為1/6Udc，-1/6Udc，-1/2Udc（000）和1/2Udc（111）四種情況，如采用Fig2所示參考電位選取方式，那么星結(jié)點(diǎn)n電位可能為2/3Udc，1/3Udc，0 （000）和Udc（111） 四種情況。

具體分析不再贅述，考慮八種開關(guān)情況（100，101，110，011，010，001，000，111）即可。

基于上面的結(jié)論，有沒有發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？

Fig2中的星結(jié)點(diǎn)電位似乎比Fig1中的高1/2Udc？

的確如此。

Fig1經(jīng)常會出現(xiàn)在論文和書本教材中。

基于Fig1，若取三相參考電壓（對地的端電壓）為：

三相波形為：

參考電位在電源中心，Udc=360V

則通過SPWM，即可獲得最大的相電壓幅值Udc/2。此時星結(jié)點(diǎn)電壓恰好等效為0V。

Fig2才是實(shí)際使用中會出現(xiàn)的情況。

基于Fig2，取三相參考電壓（對地的端電壓）為：

三相波形為

參考電位在電源負(fù)極，Udc=360V

則可通過SPWM獲得最大相電壓幅值Udc/2，此時星結(jié)點(diǎn)電壓等效為Udc/2。

1.1，理論計(jì)算

假設(shè)SPWM的調(diào)制波電壓（對地電壓）為：

當(dāng)B=0時，A=Udc/2，對應(yīng)Fig1中的情況，此時星結(jié)點(diǎn)電壓為0V；當(dāng)B=A=Udc/2時，對應(yīng)Fig2中的情況，此時星結(jié)點(diǎn)電壓為Udc/2。

因此，SPWM調(diào)制方式下，參考電位確定后，星結(jié)點(diǎn)電位應(yīng)是固定不變的。

1.2，仿真分析

假設(shè)Udc=360V，將調(diào)制度設(shè)置為1。分別對Fig1和Fig2的情況進(jìn)行分析，可知無論是Fig1還是Fig2，其相電壓仿真結(jié)果均約為180V，見Fig3，即參考電位的選取不影響相電壓大小。

Fig3 相電壓及端電壓仿真

由下圖仿真結(jié)果可知，無論是Fig1 還是Fig2中選擇參考電位的方式 ，其星結(jié)點(diǎn)的電壓基波分量均為0，采用Fig1 選取參考電位的方式，星結(jié)點(diǎn)等效電位為0V，采用Fig2選取參考電位的方式，星結(jié)點(diǎn)等效電位為180V，與理論分析相符合。Fig3中同樣顯示了a相的端電壓的仿真結(jié)果。

星結(jié)點(diǎn)電壓仿真

2，SPWM的相電壓幅值最大為1/2UDc

陳伯時書中對SPWM的定義

首先要注意限制條件。

第一，spwm三相調(diào)制波一定要是正弦波。

如果調(diào)制波是馬鞍波那就是svpwm了，不屬于spwm。

如果調(diào)制波是方波，梯形波或者三角波，也不能認(rèn)為是spwm。

第二，為了保證不進(jìn)入過調(diào)制區(qū)域，調(diào)制波幅值不能大于直流母線電壓的一半。

即正弦波峰峰值要求不大于Udc。那么調(diào)制波的幅值最大值也就只能是Udc/2，因此線電壓基波幅值為Udc/2*sqrt(3)。

根據(jù)電壓利用率定義，可得SPWM的電壓利用率最大值為Udc/2*sqrt(3)/Udc，即約為0.866。