數(shù)控電氣傳動(dòng)中的SPWM波形缺點(diǎn)及改進(jìn)分析

謝超明

摘要：本文主要介紹正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本工作原理，分析電氣控制系統(tǒng)中SPWM波形的缺點(diǎn)，如不能消除足夠多的諧波、死區(qū)效應(yīng)及存在過(guò)零點(diǎn)振蕩等，并針對(duì)這些缺點(diǎn)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以提高其控制性能。

關(guān)鍵詞：正弦脈沖寬度調(diào)制 死區(qū)效應(yīng) 諧波 過(guò)零點(diǎn)振蕩

中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）08-0031-02

正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）是通過(guò)改變PWM輸出脈沖的寬度，使輸出電壓的平均值接近正弦波的控制方式，在現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。具有輸出諧波小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，是逆變電路常采用的方法。然而也有許多缺點(diǎn)，如直流電壓利用率低、諧波含量大、開關(guān)頻率高等。本文主要分析正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本原理，分析其主要缺點(diǎn)并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 SPWM即正弦脈沖寬度調(diào)制的基本原理

以單相逆變器的單脈沖調(diào)制電路圖（1）為例。

圖（1）所示為逆變器的理想輸出電壓的正弦波，通過(guò)改變大功率晶體管T1-T4導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，可將逆變電路的直流Vd輸入，變換輸出為三種輸出狀態(tài)值±Vd，0。對(duì)上述調(diào)制電路中大功率晶體管T1-T4實(shí)時(shí)的通斷控制，可實(shí)現(xiàn)半周期中產(chǎn)生若干個(gè)交流電壓為Vab的脈沖電壓，如圖（2）所示，圖中將正、負(fù)半周等分為5個(gè)時(shí)區(qū)，則在每個(gè)時(shí)區(qū)都會(huì)產(chǎn)生有一個(gè)幅值相同、寬度不同的電壓脈沖，即5個(gè)脈沖電壓的寬度分別為θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，幅值Vd1=Vd2=…=Vd5。如果要求任何一個(gè)時(shí)間段的矩形脈沖電壓等效于該時(shí)間段的正弦電壓，按照面積等效法，應(yīng)該使該時(shí)段電壓和時(shí)間的乘積相等。

據(jù)采樣控制理論——沖量等效原理：大小、波形不同的兩個(gè)窄脈沖電壓作用于L、R電路時(shí)，只要兩個(gè)窄脈沖電壓的沖量相等，則它們所形成的電流相應(yīng)就相同[1]。

2 SPWM的主要缺點(diǎn)

對(duì)于SPWM波形的生成中，受很多因素的影響。

2.1 開關(guān)器件本身的開通和關(guān)斷時(shí)間的影響，造成一定的死區(qū)時(shí)間，會(huì)影響輸出電壓波形

電路工作過(guò)程中，由于受開關(guān)器件本身的開通和關(guān)斷時(shí)間的影響，造成一定的延遲時(shí)間，即死區(qū)時(shí)間。然而電路及基于開關(guān)器件本身的特點(diǎn)，通常不得不利用死區(qū)時(shí)間以獲得安全、穩(wěn)定的運(yùn)行效果，但它的影響給逆變器造成了非常不良的死區(qū)效應(yīng)。死區(qū)效應(yīng)會(huì)在固有諧波外產(chǎn)生附加低次諧波，它會(huì)降低逆變器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能和工作效率，對(duì)于電氣傳動(dòng)中電磁轉(zhuǎn)矩也產(chǎn)生較大的影響。由此可知死區(qū)問(wèn)題是SPWM波中一個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題。而且隨著開關(guān)頻率的不斷提高，功率器件的開關(guān)損耗會(huì)進(jìn)一步增加，死區(qū)效應(yīng)將更加嚴(yán)重。

2.2 當(dāng)脈沖數(shù)量不夠多時(shí)，用矩形波等效得到的電壓有一定的偏差，而且不能夠消除足夠多的諧波

要想PWM調(diào)制出理想正弦波形需要滿足兩個(gè)條件，即每個(gè)時(shí)區(qū)面積相等并要求該時(shí)段產(chǎn)生的是窄脈沖，因此脈沖數(shù)量越多越接近于理想的正弦波形，當(dāng)脈沖數(shù)量不夠多時(shí)，用矩形波等效得到的電壓有一定的偏差，影響波形輸出。另外，當(dāng)脈沖數(shù)量較少時(shí)，用傅里葉分析控制產(chǎn)生的正弦波形會(huì)發(fā)現(xiàn)除基波外還會(huì)產(chǎn)生許多低次諧波，這將相應(yīng)的增加電機(jī)附加損耗。

2.3 由于控制環(huán)路的延時(shí)作用，單極性控制方式的逆變器受到過(guò)零點(diǎn)振蕩的影響

單極性控制方式分為單邊方式和雙邊方式。雙邊方式比單邊方式更能抑制過(guò)零點(diǎn)振蕩，但仍無(wú)法平滑過(guò)零點(diǎn)。隨著信號(hào)變化，在與控制環(huán)有關(guān)的某時(shí)段內(nèi)由于存在過(guò)零點(diǎn)附近的波動(dòng)，SPWM不是按照正弦波調(diào)制的規(guī)律輸出波形。具體表現(xiàn)為在低頻臂切換后，電流環(huán)的輸出會(huì)有一個(gè)過(guò)沖，在逆變輸出中表現(xiàn)為正負(fù)向變換過(guò)程中經(jīng)過(guò)零點(diǎn)位置時(shí)形成畸變，會(huì)很大程度影響輸出波形的平滑性。

3 改進(jìn)措施

對(duì)于控制死區(qū)效應(yīng)，可從補(bǔ)償和消除的角度考慮?？傮w做法是在控制基波電壓的同時(shí)，通過(guò)調(diào)整載波頻率盡可能消除影響輸出電壓的低次諧波，如通過(guò)提高開關(guān)頻率以達(dá)到增加脈沖數(shù)的效果，從而消除這些諧波。在逆變器電路中，當(dāng)某相電流i<0時(shí)，控制死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生寬度為Td的正脈沖疊加于理想電壓波形，則實(shí)際輸出電壓的正向脈沖寬度相應(yīng)增加Td，當(dāng)某相電流i>0時(shí)情況相反。

（1）從饋控制方面補(bǔ)償，可認(rèn)為死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生的諧波是作用于理想基波的干擾信號(hào)，利用平均電壓或預(yù)測(cè)電流等反饋控制方法進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)達(dá)到消除死區(qū)效應(yīng)的效果。

（2）從產(chǎn)生原理方面消除，控制開關(guān)器件動(dòng)作防止“直通”。對(duì)于單極性SPWM全橋逆變器，由于受電流檢測(cè)精度和采樣延時(shí)的影響，即使非零區(qū)域能夠通過(guò)控制開關(guān)信號(hào)消除死區(qū)，但由于積分環(huán)節(jié)的延遲導(dǎo)致電流方向在過(guò)零點(diǎn)時(shí)有很大不確定性而形成畸變。解決的方法可以考慮采用比例環(huán)節(jié)來(lái)使輸出端能及時(shí)響應(yīng)電流環(huán)的變換，從而使檢測(cè)寬度和過(guò)零點(diǎn)寬度相等來(lái)達(dá)到消除過(guò)零點(diǎn)時(shí)候的振蕩。

如圖（3）提出了一種解決過(guò)零點(diǎn)振蕩的調(diào)整電路方案。

（3）改進(jìn)調(diào)制方案，將正弦調(diào)制波改為梯形波或控制減少每周期中開關(guān)次數(shù)來(lái)提高輸出波形質(zhì)量；選擇適當(dāng)?shù)拿}波相位角以消除特定諧波；采用基波移相控制或比較復(fù)雜的電壓空間矢量PWM控制技術(shù)等。

4 結(jié)語(yǔ)

各種PWM控制策略，特別是正弦脈寬調(diào)制SPWM控制已經(jīng)在逆變控制技術(shù)中得到廣泛的研究與應(yīng)用。分析脈沖寬度調(diào)節(jié)SPWM的原理及缺點(diǎn)對(duì)于電氣傳動(dòng)中的控制死區(qū)效應(yīng)、消除諧波、避免了逆變器過(guò)零點(diǎn)的振蕩及改善輸出波形有著十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳堅(jiān).電力電子學(xué)-電力電子變換和控制技術(shù)[M].高等教育出版社，2004.

[2]胡興柳，彭小兵，穆新華.SPWM逆變電源的單極性控制方式實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程，2004，21（1）.

[3]陽(yáng)岳豐，呂征宇.全橋逆變單極性SPWM控制方式過(guò)零點(diǎn)振蕩的研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2005，9.

[4]楊波，吳建德，李武華，何湘寧.在線自適應(yīng)PWM死區(qū)消除方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，11.

摘要：本文主要介紹正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本工作原理，分析電氣控制系統(tǒng)中SPWM波形的缺點(diǎn)，如不能消除足夠多的諧波、死區(qū)效應(yīng)及存在過(guò)零點(diǎn)振蕩等，并針對(duì)這些缺點(diǎn)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以提高其控制性能。

關(guān)鍵詞：正弦脈沖寬度調(diào)制 死區(qū)效應(yīng) 諧波 過(guò)零點(diǎn)振蕩

中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）08-0031-02

正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）是通過(guò)改變PWM輸出脈沖的寬度，使輸出電壓的平均值接近正弦波的控制方式，在現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。具有輸出諧波小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，是逆變電路常采用的方法。然而也有許多缺點(diǎn)，如直流電壓利用率低、諧波含量大、開關(guān)頻率高等。本文主要分析正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本原理，分析其主要缺點(diǎn)并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 SPWM即正弦脈沖寬度調(diào)制的基本原理

以單相逆變器的單脈沖調(diào)制電路圖（1）為例。

圖（1）所示為逆變器的理想輸出電壓的正弦波，通過(guò)改變大功率晶體管T1-T4導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，可將逆變電路的直流Vd輸入，變換輸出為三種輸出狀態(tài)值±Vd，0。對(duì)上述調(diào)制電路中大功率晶體管T1-T4實(shí)時(shí)的通斷控制，可實(shí)現(xiàn)半周期中產(chǎn)生若干個(gè)交流電壓為Vab的脈沖電壓，如圖（2）所示，圖中將正、負(fù)半周等分為5個(gè)時(shí)區(qū)，則在每個(gè)時(shí)區(qū)都會(huì)產(chǎn)生有一個(gè)幅值相同、寬度不同的電壓脈沖，即5個(gè)脈沖電壓的寬度分別為θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，幅值Vd1=Vd2=…=Vd5。如果要求任何一個(gè)時(shí)間段的矩形脈沖電壓等效于該時(shí)間段的正弦電壓，按照面積等效法，應(yīng)該使該時(shí)段電壓和時(shí)間的乘積相等。

據(jù)采樣控制理論——沖量等效原理：大小、波形不同的兩個(gè)窄脈沖電壓作用于L、R電路時(shí)，只要兩個(gè)窄脈沖電壓的沖量相等，則它們所形成的電流相應(yīng)就相同[1]。

2 SPWM的主要缺點(diǎn)

對(duì)于SPWM波形的生成中，受很多因素的影響。

2.1 開關(guān)器件本身的開通和關(guān)斷時(shí)間的影響，造成一定的死區(qū)時(shí)間，會(huì)影響輸出電壓波形

電路工作過(guò)程中，由于受開關(guān)器件本身的開通和關(guān)斷時(shí)間的影響，造成一定的延遲時(shí)間，即死區(qū)時(shí)間。然而電路及基于開關(guān)器件本身的特點(diǎn)，通常不得不利用死區(qū)時(shí)間以獲得安全、穩(wěn)定的運(yùn)行效果，但它的影響給逆變器造成了非常不良的死區(qū)效應(yīng)。死區(qū)效應(yīng)會(huì)在固有諧波外產(chǎn)生附加低次諧波，它會(huì)降低逆變器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能和工作效率，對(duì)于電氣傳動(dòng)中電磁轉(zhuǎn)矩也產(chǎn)生較大的影響。由此可知死區(qū)問(wèn)題是SPWM波中一個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題。而且隨著開關(guān)頻率的不斷提高，功率器件的開關(guān)損耗會(huì)進(jìn)一步增加，死區(qū)效應(yīng)將更加嚴(yán)重。

2.2 當(dāng)脈沖數(shù)量不夠多時(shí)，用矩形波等效得到的電壓有一定的偏差，而且不能夠消除足夠多的諧波

要想PWM調(diào)制出理想正弦波形需要滿足兩個(gè)條件，即每個(gè)時(shí)區(qū)面積相等并要求該時(shí)段產(chǎn)生的是窄脈沖，因此脈沖數(shù)量越多越接近于理想的正弦波形，當(dāng)脈沖數(shù)量不夠多時(shí)，用矩形波等效得到的電壓有一定的偏差，影響波形輸出。另外，當(dāng)脈沖數(shù)量較少時(shí)，用傅里葉分析控制產(chǎn)生的正弦波形會(huì)發(fā)現(xiàn)除基波外還會(huì)產(chǎn)生許多低次諧波，這將相應(yīng)的增加電機(jī)附加損耗。

2.3 由于控制環(huán)路的延時(shí)作用，單極性控制方式的逆變器受到過(guò)零點(diǎn)振蕩的影響

單極性控制方式分為單邊方式和雙邊方式。雙邊方式比單邊方式更能抑制過(guò)零點(diǎn)振蕩，但仍無(wú)法平滑過(guò)零點(diǎn)。隨著信號(hào)變化，在與控制環(huán)有關(guān)的某時(shí)段內(nèi)由于存在過(guò)零點(diǎn)附近的波動(dòng)，SPWM不是按照正弦波調(diào)制的規(guī)律輸出波形。具體表現(xiàn)為在低頻臂切換后，電流環(huán)的輸出會(huì)有一個(gè)過(guò)沖，在逆變輸出中表現(xiàn)為正負(fù)向變換過(guò)程中經(jīng)過(guò)零點(diǎn)位置時(shí)形成畸變，會(huì)很大程度影響輸出波形的平滑性。

3 改進(jìn)措施

對(duì)于控制死區(qū)效應(yīng)，可從補(bǔ)償和消除的角度考慮?？傮w做法是在控制基波電壓的同時(shí)，通過(guò)調(diào)整載波頻率盡可能消除影響輸出電壓的低次諧波，如通過(guò)提高開關(guān)頻率以達(dá)到增加脈沖數(shù)的效果，從而消除這些諧波。在逆變器電路中，當(dāng)某相電流i<0時(shí)，控制死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生寬度為Td的正脈沖疊加于理想電壓波形，則實(shí)際輸出電壓的正向脈沖寬度相應(yīng)增加Td，當(dāng)某相電流i>0時(shí)情況相反。

（1）從饋控制方面補(bǔ)償，可認(rèn)為死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生的諧波是作用于理想基波的干擾信號(hào)，利用平均電壓或預(yù)測(cè)電流等反饋控制方法進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)達(dá)到消除死區(qū)效應(yīng)的效果。

（2）從產(chǎn)生原理方面消除，控制開關(guān)器件動(dòng)作防止“直通”。對(duì)于單極性SPWM全橋逆變器，由于受電流檢測(cè)精度和采樣延時(shí)的影響，即使非零區(qū)域能夠通過(guò)控制開關(guān)信號(hào)消除死區(qū)，但由于積分環(huán)節(jié)的延遲導(dǎo)致電流方向在過(guò)零點(diǎn)時(shí)有很大不確定性而形成畸變。解決的方法可以考慮采用比例環(huán)節(jié)來(lái)使輸出端能及時(shí)響應(yīng)電流環(huán)的變換，從而使檢測(cè)寬度和過(guò)零點(diǎn)寬度相等來(lái)達(dá)到消除過(guò)零點(diǎn)時(shí)候的振蕩。

如圖（3）提出了一種解決過(guò)零點(diǎn)振蕩的調(diào)整電路方案。

（3）改進(jìn)調(diào)制方案，將正弦調(diào)制波改為梯形波或控制減少每周期中開關(guān)次數(shù)來(lái)提高輸出波形質(zhì)量；選擇適當(dāng)?shù)拿}波相位角以消除特定諧波；采用基波移相控制或比較復(fù)雜的電壓空間矢量PWM控制技術(shù)等。

4 結(jié)語(yǔ)

各種PWM控制策略，特別是正弦脈寬調(diào)制SPWM控制已經(jīng)在逆變控制技術(shù)中得到廣泛的研究與應(yīng)用。分析脈沖寬度調(diào)節(jié)SPWM的原理及缺點(diǎn)對(duì)于電氣傳動(dòng)中的控制死區(qū)效應(yīng)、消除諧波、避免了逆變器過(guò)零點(diǎn)的振蕩及改善輸出波形有著十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳堅(jiān).電力電子學(xué)-電力電子變換和控制技術(shù)[M].高等教育出版社，2004.

[2]胡興柳，彭小兵，穆新華.SPWM逆變電源的單極性控制方式實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程，2004，21（1）.

[3]陽(yáng)岳豐，呂征宇.全橋逆變單極性SPWM控制方式過(guò)零點(diǎn)振蕩的研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2005，9.

[4]楊波，吳建德，李武華，何湘寧.在線自適應(yīng)PWM死區(qū)消除方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，11.

摘要：本文主要介紹正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本工作原理，分析電氣控制系統(tǒng)中SPWM波形的缺點(diǎn)，如不能消除足夠多的諧波、死區(qū)效應(yīng)及存在過(guò)零點(diǎn)振蕩等，并針對(duì)這些缺點(diǎn)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以提高其控制性能。

關(guān)鍵詞：正弦脈沖寬度調(diào)制 死區(qū)效應(yīng) 諧波 過(guò)零點(diǎn)振蕩

中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）08-0031-02

正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）是通過(guò)改變PWM輸出脈沖的寬度，使輸出電壓的平均值接近正弦波的控制方式，在現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。具有輸出諧波小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，是逆變電路常采用的方法。然而也有許多缺點(diǎn)，如直流電壓利用率低、諧波含量大、開關(guān)頻率高等。本文主要分析正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本原理，分析其主要缺點(diǎn)并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 SPWM即正弦脈沖寬度調(diào)制的基本原理

以單相逆變器的單脈沖調(diào)制電路圖（1）為例。

圖（1）所示為逆變器的理想輸出電壓的正弦波，通過(guò)改變大功率晶體管T1-T4導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，可將逆變電路的直流Vd輸入，變換輸出為三種輸出狀態(tài)值±Vd，0。對(duì)上述調(diào)制電路中大功率晶體管T1-T4實(shí)時(shí)的通斷控制，可實(shí)現(xiàn)半周期中產(chǎn)生若干個(gè)交流電壓為Vab的脈沖電壓，如圖（2）所示，圖中將正、負(fù)半周等分為5個(gè)時(shí)區(qū)，則在每個(gè)時(shí)區(qū)都會(huì)產(chǎn)生有一個(gè)幅值相同、寬度不同的電壓脈沖，即5個(gè)脈沖電壓的寬度分別為θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，幅值Vd1=Vd2=…=Vd5。如果要求任何一個(gè)時(shí)間段的矩形脈沖電壓等效于該時(shí)間段的正弦電壓，按照面積等效法，應(yīng)該使該時(shí)段電壓和時(shí)間的乘積相等。

據(jù)采樣控制理論——沖量等效原理：大小、波形不同的兩個(gè)窄脈沖電壓作用于L、R電路時(shí)，只要兩個(gè)窄脈沖電壓的沖量相等，則它們所形成的電流相應(yīng)就相同[1]。

2 SPWM的主要缺點(diǎn)

對(duì)于SPWM波形的生成中，受很多因素的影響。

2.1 開關(guān)器件本身的開通和關(guān)斷時(shí)間的影響，造成一定的死區(qū)時(shí)間，會(huì)影響輸出電壓波形

電路工作過(guò)程中，由于受開關(guān)器件本身的開通和關(guān)斷時(shí)間的影響，造成一定的延遲時(shí)間，即死區(qū)時(shí)間。然而電路及基于開關(guān)器件本身的特點(diǎn)，通常不得不利用死區(qū)時(shí)間以獲得安全、穩(wěn)定的運(yùn)行效果，但它的影響給逆變器造成了非常不良的死區(qū)效應(yīng)。死區(qū)效應(yīng)會(huì)在固有諧波外產(chǎn)生附加低次諧波，它會(huì)降低逆變器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能和工作效率，對(duì)于電氣傳動(dòng)中電磁轉(zhuǎn)矩也產(chǎn)生較大的影響。由此可知死區(qū)問(wèn)題是SPWM波中一個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題。而且隨著開關(guān)頻率的不斷提高，功率器件的開關(guān)損耗會(huì)進(jìn)一步增加，死區(qū)效應(yīng)將更加嚴(yán)重。

2.2 當(dāng)脈沖數(shù)量不夠多時(shí)，用矩形波等效得到的電壓有一定的偏差，而且不能夠消除足夠多的諧波

要想PWM調(diào)制出理想正弦波形需要滿足兩個(gè)條件，即每個(gè)時(shí)區(qū)面積相等并要求該時(shí)段產(chǎn)生的是窄脈沖，因此脈沖數(shù)量越多越接近于理想的正弦波形，當(dāng)脈沖數(shù)量不夠多時(shí)，用矩形波等效得到的電壓有一定的偏差，影響波形輸出。另外，當(dāng)脈沖數(shù)量較少時(shí)，用傅里葉分析控制產(chǎn)生的正弦波形會(huì)發(fā)現(xiàn)除基波外還會(huì)產(chǎn)生許多低次諧波，這將相應(yīng)的增加電機(jī)附加損耗。

2.3 由于控制環(huán)路的延時(shí)作用，單極性控制方式的逆變器受到過(guò)零點(diǎn)振蕩的影響

單極性控制方式分為單邊方式和雙邊方式。雙邊方式比單邊方式更能抑制過(guò)零點(diǎn)振蕩，但仍無(wú)法平滑過(guò)零點(diǎn)。隨著信號(hào)變化，在與控制環(huán)有關(guān)的某時(shí)段內(nèi)由于存在過(guò)零點(diǎn)附近的波動(dòng)，SPWM不是按照正弦波調(diào)制的規(guī)律輸出波形。具體表現(xiàn)為在低頻臂切換后，電流環(huán)的輸出會(huì)有一個(gè)過(guò)沖，在逆變輸出中表現(xiàn)為正負(fù)向變換過(guò)程中經(jīng)過(guò)零點(diǎn)位置時(shí)形成畸變，會(huì)很大程度影響輸出波形的平滑性。

3 改進(jìn)措施

對(duì)于控制死區(qū)效應(yīng)，可從補(bǔ)償和消除的角度考慮?？傮w做法是在控制基波電壓的同時(shí)，通過(guò)調(diào)整載波頻率盡可能消除影響輸出電壓的低次諧波，如通過(guò)提高開關(guān)頻率以達(dá)到增加脈沖數(shù)的效果，從而消除這些諧波。在逆變器電路中，當(dāng)某相電流i<0時(shí)，控制死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生寬度為Td的正脈沖疊加于理想電壓波形，則實(shí)際輸出電壓的正向脈沖寬度相應(yīng)增加Td，當(dāng)某相電流i>0時(shí)情況相反。

（1）從饋控制方面補(bǔ)償，可認(rèn)為死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生的諧波是作用于理想基波的干擾信號(hào)，利用平均電壓或預(yù)測(cè)電流等反饋控制方法進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)達(dá)到消除死區(qū)效應(yīng)的效果。

（2）從產(chǎn)生原理方面消除，控制開關(guān)器件動(dòng)作防止“直通”。對(duì)于單極性SPWM全橋逆變器，由于受電流檢測(cè)精度和采樣延時(shí)的影響，即使非零區(qū)域能夠通過(guò)控制開關(guān)信號(hào)消除死區(qū)，但由于積分環(huán)節(jié)的延遲導(dǎo)致電流方向在過(guò)零點(diǎn)時(shí)有很大不確定性而形成畸變。解決的方法可以考慮采用比例環(huán)節(jié)來(lái)使輸出端能及時(shí)響應(yīng)電流環(huán)的變換，從而使檢測(cè)寬度和過(guò)零點(diǎn)寬度相等來(lái)達(dá)到消除過(guò)零點(diǎn)時(shí)候的振蕩。

如圖（3）提出了一種解決過(guò)零點(diǎn)振蕩的調(diào)整電路方案。

（3）改進(jìn)調(diào)制方案，將正弦調(diào)制波改為梯形波或控制減少每周期中開關(guān)次數(shù)來(lái)提高輸出波形質(zhì)量；選擇適當(dāng)?shù)拿}波相位角以消除特定諧波；采用基波移相控制或比較復(fù)雜的電壓空間矢量PWM控制技術(shù)等。

4 結(jié)語(yǔ)

各種PWM控制策略，特別是正弦脈寬調(diào)制SPWM控制已經(jīng)在逆變控制技術(shù)中得到廣泛的研究與應(yīng)用。分析脈沖寬度調(diào)節(jié)SPWM的原理及缺點(diǎn)對(duì)于電氣傳動(dòng)中的控制死區(qū)效應(yīng)、消除諧波、避免了逆變器過(guò)零點(diǎn)的振蕩及改善輸出波形有著十分重要的意義。

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