SANGE系列變頻電源從電器功能層面可以分為四大部分即:輸入部分,AC-DC轉(zhuǎn)換部分,INV部分,輸出部分。而在這四部分里INV部分是核心技術(shù)所在,無論控制算法還是控制電路都比較復(fù)雜。故我們把SPWM控制技術(shù)作為一大節(jié)來敘述。
SPWM(Sine Pulse Width Modulation)控制—脈沖寬度調(diào)制技術(shù),是通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)的一種控制方式。SPWM控制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用*廣,實(shí)際應(yīng)用中的逆變電路絕大部分是SPWM型。SPWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用,才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。本節(jié)主要以逆變電路為控制對象來介紹SPWM控制技術(shù)。
SPWM控制的理論基礎(chǔ)——沖量(沖量指窄脈沖面積)相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時,其效果基本相同(是指環(huán)節(jié)在輸出響應(yīng)波形基本相同,低頻段非常接近,僅在高頻段略有差異)。圖1-1所示:

圖1-1??? 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖
用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦波———正弦半波N等分,可看成N個彼此相連的脈沖序列,寬度相等,但幅值不等,用矩形脈沖代替就是等幅,不等寬,中點(diǎn)重合,面積(沖量)相等,寬度按正弦規(guī)律變化。脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的波形也就是我們所說的SPWM波形,其可通過按同一比例改變各脈沖寬度來改變等效輸出正弦波幅值。如圖1-2所示:

圖1-2?? 用SPWM波代替正弦半波
SPWM波等效主正弦波———基于等效面積原理我們所需的正弦波可用SPWM波等效代替,而等幅值的PWM波用直流電源產(chǎn)生是很容易的,所以目前中小功率的逆變電路幾乎都采用SPWM技術(shù)。逆變電路是SPWM控制技術(shù)*為典型的應(yīng)用場合。SPWM逆變電路可分為電壓型和電流型兩種,但目前實(shí)用的SPWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。
結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調(diào)制方法舉例說明(如圖2-3所示),在工作時V1和V2通斷互補(bǔ),V3和V4通斷也互補(bǔ)。Uo正半周,V1通,V2斷,V3和V4交替通斷,負(fù)載電流比電壓滯后,且有一段區(qū)間為正,一段區(qū)間為負(fù)。負(fù)載電流為正的區(qū)間,V1 和V4導(dǎo)通時,Vo等于Vd,V4關(guān)斷時,負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流,Vo=0。負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間,V1和V4仍導(dǎo)通,Io為負(fù),實(shí)際上Io從VD1和VD4流過,仍有Vo =Vd。V4關(guān)斷V3開通后,Io從V3和VD1續(xù)流,Uo=0總可得到Ud和零,兩種電平。Uo負(fù)半周,讓V2保持通,V1保持?jǐn)啵琕3和V4交替通斷,Uo可得-Ud和零,兩種電平。

圖1-3? 單相橋式SPWM逆變電路
單極性SPWM控制方式(單相橋逆變)在ur和uc的交點(diǎn)時刻控制IGBT的通斷。
ur正半周,V1保持通,V2保持?jǐn)?,?dāng)ur>uc時使V4通,V3斷,uo=Ud。當(dāng)ur<u時使V4斷,V3通,u0=0。
ur負(fù)半周,V1保持?jǐn)? V2保持通,當(dāng)ur<uc時使V3通,V4斷,uo=-Ud。當(dāng)ur>uc時使V3斷,V4通,u0=0。虛線uof表示uo 的基波分量。

圖1-4?? 單極性SPWM控制方式波形