1、单相逆变器 SPWM 策略比较分析摘要：随着我国电子电力方面的迅猛发展，极大地促进了 SPWM 单项逆变器的应用，使得单项逆变器的输出电压波形质量越来越受到人们的重视，通常情况下理想的电压波形为纯正弦波，但在 SPWM 单项逆变器的实际应用中，会存在很多因素使得输出的电压波形发生畸变，因此必须寻找 SPWM 单相逆变器的控制策略。本文针 SPWM 单相逆变器的控制策略进行比较分析。关键词：单相逆变器；SPWM 策略；比较分析逆变技术是我国电子电力技术的重要组成部分，已经被广泛应用与交流电机调速、感应加热、UPS （不间断电源）等场合，SPWM 技术即 Sinusoideal Pulsc Wid
2、th Modulation 技术，是指调制信号正弦化的 PWM 技术，由于其具有开关频率固定、滤波器结构简单以及输出电压含有固定的频率高次谐波分量等优点，使其成为我国电子电力领域应用最为广泛的 PWM 技术。一、单相逆变器 SPWM 及其控制策略单相逆变器中最常用的结构无外乎半桥和全桥两种，半桥单相逆变器的电路结构简单，输出的电压也相对较低，比较适用于中小型容量场合，而全桥逆变器由于存在桥臂输出电压存在零电压续流状态，因此可以实现倍频，在较低的开关频率下也可以获得更好的谐波控制。逆变器在不断的实践应用中，经历了由最初的方波逆变器到阶梯合成波逆变器，再到 SPWM 逆变器的发展过程，最初的方波逆
3、变器电路拓扑简单，本身具有的功率器件数目较少，直流电压利用率较高，输出的电压可对其进行调节，输出电压的谐波含量大，滤波器的体积也相对较大，而阶梯波合成逆变器素具有的特点却与方波逆变器的特点完全不一致，阶梯波合成逆变器的电路拓扑复杂，而且有很多功率器件，输出的电压不可调，输出电压的谐波含量小，滤波器的体积也相对较轻，在实际应用中通常采用两组阶梯波合成逆变器进行移相控制以实现对输出电压量基波大小的控制。如果需要减少变桥功率管的损耗，同时还需要抑制变桥臂输出电压的谐波含量，这是就可以采用 SPWM 技术，达到缓和抑制谐波与提高生产效率之间的矛盾，使用这种逆变器控制方式，会使逆变桥臂输出的电压载波平率
4、成为开关频率的两倍。现阶段我国电子电力发展领域中，应用比较广泛的控制技术主要包括电压瞬时值单闭环反馈控制、电压电流瞬时值双闭环滞环控制以及电压电流瞬时值双闭环 SPWM 的反馈控制等，随着科技领域数字信号处理技术的飞速发展，对于逆变器的数字化控制逐渐成为了电子电力领域的研究热点，目前逆变器数字控制领域中，应用较为广泛的控制策略有 PID 控制，滑膜变结构控制、状态反馈控制以及模糊控制等等，逆变器的数字控制策略虽然应用广泛，在某些方面具有优越的控制性能，同时还具有较强的理论意义，但是在实际应用中也存在着会多或少的不足和缺陷。如下图为 PID 控制 SPWM 逆变器的框图结构：图一 PID 控制逆
5、变器框如图所示，通过对输出的电压采样信号有效值的计算，即可得到实际的输出电压有效值，然后将其与给定的有效值进行比较，进而调节基准正弦给定信号的幅值，是输出电压的有效值接近规定输出电压有效值，从而提高逆变器输出电压的精度。二、单相逆变器 SPWM 的模拟控制方式和数字控制方式我们根据电压调节器的实现方式，可以将单相逆变器 SPWM 的控制策略分为模拟控制方式和数字控制方式来进行控制，传统的模拟控制方式引起具有技术成熟、控制性能好、使用成本较低的优点已经被广泛应用于单相逆变器SPWM 的控制中，但相对的也存在着一些不足和缺陷。然而伴随着数字信号处理技术的飞速发展，数字信号处理器逐渐成为了众多数字控
6、制器件中的首选，逆变器采用数字化控制，其优点逐渐显现出来。1.传统模拟控制方式存在的不足和缺陷（1）电路是由多个模拟元件构成的，由于使用元件数量较多，导致设备型号复杂，不利于大规模生产的使用。（2）模拟元件的质量会随着时间的流逝和环境的改变出现老化和风化等现象，导致系统的可靠性和一致性大大降低。（3）由于需要使用的模拟元件数量较多，延长设计周期、调试复杂、升级换代困难。（4）进行控制模拟的方式单一、很难进行复杂的控制算法，同时逆变器的网络化和智能化的维护管理也很难实现。2.数字控制方式的优点（1）可以用软件来实现复杂的数字控制策略，改善系统性能（2）简化硬件设计，有效地减少了模拟原件数量，提高
7、了系统的抗干扰能力。（3）应用过程中，可以通过各种接口进行在线数字控制，能够及时发现故障，实现诊断维修等功能，实现控制的网络化管理。（4）有利于实现多个电源模块的并联运行，提高供电系统的可靠性。尽管逆变器的数字控制，为我们的工作带来了很多便捷，但是伴随着模拟控制器的数字化进程，也随之产生了一些新的问题，这些问题对逆变器的性能产生了一定的影响，严重限制了逆变器数字控制的使用范围，数字控制的云孙处理能力毕竟是有限的，例如当 CPU 运算任务繁重或内存以及资源不足时，就无法完成复杂的数字运算，导致设计成本增加，降低产品的竞争力，市场范围变小，由于以上原因的产生，在某些应用场合就会出现模拟控制方式和数
8、字控制方式混合使用来控制逆变器，这两种控制方式的混合由于具有较高的性价比因而具有较大的使用价值。总结：综上所述，本文以 PID 控制单相全桥 SPWM 逆变器为研究对性，首先研究了 SPWM 单相逆变器的模拟控制方式和数字控制方式以及两者的结合应用，将模拟控制中的一些具体环节等改用数字控制器来实现科学合理的控制，充分发挥出模拟控制方式和数字控制方式的优势，并对两种发难的可行性以及使用性能进行了比较分析，希望能产生较好的借鉴意义，为我国电子电力的发展出一份力。参考文献:1陈保帆,韩亚军 . 基于 SPWM 逆变的变流系统设计J. 电子制作,2013,08:74.2邵维廷. 三电平 Z 源逆变器 SPWM 调制策略的研究J. 电气时代,2014,01:52-55.3韩璐,肖建 ,邱存勇. 三相 SPWM 逆变器的切换模型与稳定性分析J. 电机与控制学报,2014,02:21-27.4丁哓霖. 三相 SPWM 逆变器死区特性与补偿策略J. 电力电子技术,2014,01:33-35.5吴云亚,阚加荣 ,谢少军. 适用于低压微电网的逆变器控制策略设计J. 电力系统自动化,2012,06:39-44.
