华北科技学院毕业设计（论文）
可能的减少了开关管的个数，降低了成本，是两相电机高性能调速系统推广应用的最佳选择之一。在本课题中采用的逆变器结构就是两相三桥臂逆变器。
2.7 两相电机逆变器控制策略的研究
1964年，德国人A.Schonung和H.Stemmler在《BBC 评论》上发表文章，率先将通讯系统中的调制技术推广应用到交流传动中，提出了脉宽调制变频的思想，为近代交流变频调速开辟了新的发展领域。PWM控制技术有许多种，并且还在不断的发展中。我们把PWM 控制技术分为三大类即正弦PWM、优化PWM、随机PWM 法。
两相逆变器控制策略主要采用正弦PWM 技术，包括电压正弦PWM 技术和磁通正弦PWM 技术（即空间电压矢量SVPWM）两种。为了分析讨论方便，我们均假设电机的两相绕组对称，即两相绕组相同，空间上相互垂直。 2.7.1 电压正弦PWM 控制方法
电压正弦PWM 从输出电压波形为正弦考虑，以一个正弦波为基准波，用一系列等幅的三角波与基准正弦相比较得出。常见的生成SPWM 波形的方法有自然采样法、规则采样法、指定谐波消除法等等。这种方法的优点是输出电压波形接近正弦，缺点是直流母线电压利用率不高，谐波含量较大，给实际运用带来了局限性。
1、 两相半桥SPWM
由于两相电机的定子绕组是在空间呈正交状态，为了产生圆形磁场，获得较好的电机性能，在采用SPWM 技术的时候，就需要保证两相绕组中的电流相位差为90 度，所以两桥臂功率开关管调制信号也要设定为相差90 度。其调制方法如图2-13 所示。
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双相感应电机供电三桥臂逆变器控制原理及算法软件的研究设计
图 2-13 两相半桥SPWM 信号调制图
两相半桥 SPWM 控制的优点是控制方式简单，成本低廉，滤波设计容易，可以实现调压调频功能；但是缺点也同样明显：它的直流电压利用率很低，输出电机电压谐波含量高，运行时噪声较大，适合模拟电路，不便于数字化的实现。国内外关于两相半桥SPWM 控制技术的研究相当多，原理也十分成熟，此处不再做过多的介绍。
2、两相三桥臂全桥逆变180 度边缘SPWM 控制
两相三桥臂全桥逆变器（图2-12）采用SPWM 控制时，由S5、S6组成的公共桥臂要接入电机两相绕组的公共点，所以在调制时，公共桥臂的调制波就不同于其他两桥臂的调制波。
全桥逆变180 度边缘SPWM 逆变具体调制方法为：在载波相同的情况下，A、B 两相调制波为正弦波，A、B 两相相位差为90 度，电机正转时A 相超前B 相90 度，电机反转时B 相超前A 相90 度；公共桥臂N 则采用恒定占空比的方法调制，上下桥臂占空比均为50%，即中间公共桥臂电压的平均值为零。而且，根据公共桥臂开关信号相位的改变，输出的电压波形有双极性和单极性两种模式，如图2-14 所示。
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（a）输出电压为双极性 （b）输出电压为单极性
图 2-14 SPWM 信号调制及输出电压波形
这种调制方法可以在 a 和b 绕组上产生幅值相等、相位互差90 度的正弦电压。电压幅值与调制度成正比，当调制度为1 时，输出电压的峰值达到最大，为0.5* U dc ，依据电机的V/F 曲线和输出电压与调制度的关系，即可实现两相电机的变频调速控制。
对于两相三桥臂逆变电路，采用180度边缘SPWM控制技术最主要的缺点就是直流电压利用率较低。根据逆变输出交流电压基波幅值与母线直流电压之间的关系，为了得到有效值为220V的交流电压，其前级直流母线电压理论最小值为622V(调制度M=I时)。直流电压利用率反映着逆变电路拓扑性能的优劣：提高直流电压利用率，在相同的输出电压要求下，能有效降低直流母线电压，就意味着需要采用耐压更低的滤波电容，采用耐压等级更低的功率开关器件，电路的性能就更加优越
3、两相三桥臂新型SPWM 控制
我国浙江大学的陆宏亮、钱照明提出了一种新型的两相三桥臂逆变器的SPWM 控制方法，这种控制方法不再保证逆变器中间桥臂电压平均值为零，三个桥臂开关均采用SPWM 控制模式。
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双相感应电机供电三桥臂逆变器控制原理及算法软件的研究设计
如图2-12 所示，用nA、nB和nN表示逆变器三个桥臂引出点的电压。则A 绕组从逆变器得到的电压为VA=nA-nN，即绕组A 上的电压是由A 点和N 点的电压差所决定的，合理调整这两点的电压，就可以改变绕组A 上的电压。通过合理的安排三个桥臂调制时的调制度和载波的相位，就可以获得所需要的电压。
这种SPWM 控制方法在基于三桥臂逆变器拓扑上，保持前级直流电压恒定，获取更大的直流电压利用率，而且此控制模式产生的倍频效果使得输出电压谐波得到了更大的抑制。
2.7.2 空间电压矢量控制（SVPWM）
空间电压矢量控制（又称磁通正弦 PWM 法）与电压正弦PWM 法不同，它是从电动机的角度出发，着眼点在于如何控制逆变器的开关动作来改变施加在电动机上的端电压，使电动机获得圆形的旋转磁场。两相电机的SVPWM 控制模仿了三相电机的控制方法，它以正弦波电压供电时交流电动机产生的理想磁通圆为基准，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们比较的结果决定逆变器的开关，形成PWM波。
2.7.3 几种控制方法的比较
1. 直流电压利用率与最大电压调制系数
这里所指的直流电压利用率为通常意义上的基波电压增益Av。其基本定义为：
Av=
（2-20）
其中U01为逆变器输出电压u0的基波有效值；Ud为直流侧直流电压。
最大电压调制系数的定义：PWM电压调制系数m定义为PWM控制逆变器输出的电压基波分量V1m与180度控制逆变器输出电压基波分量幅值V1(180)之比，即
m=V1m/V1(180) (2-21)
虽大电压调制系数mmax是某种PWM控制方式所能达到的最大值。由于PWM逆变器的最大输出功率与交流侧的最大电压成正比，所以，最大电压调制系数mmax反映了采用某种PWM技术时，逆变器的直流电压利用率。 2. 几种控制策略的优劣
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错误！未找到引用源。
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表 2.1 是几种两相逆变器控制方式的一些数据资料。
表 2-1 两相逆变器在不同控制方法下的数据资料
两相半桥spwm 两相半桥svpwm 两相三桥臂180度边缘控制spwm 两相三桥臂新型spwm 两相三桥臂svpwm 两相全桥spwm 两相全桥svpwm
功率管个数 4 4 6 最大输出电压 0.5udc 0.5udc 0.5udc 直流电压利用率 0.354udc 0.354udc 0.354udc 6 0.707udc 0.5udc 6 8 8 0.707udc udc udc 0.5udc 0.707udc 0.707udc 首先我们来看各种电路拓扑在SVPWM 控制下的比较。从表2-1 中可以看出：两相半桥逆变器拓扑虽然使用的开关管个数比较少，但半桥逆变器在应用SVPWM 时不能产生零矢量，由于没有零矢量，在矢量合成的时候比两相三桥臂要麻烦一些。半桥SVPWM获得的单相输出电压为双极性，即每个开关周期内电压波形有正有负，而两相三桥臂SVPWM 在单个开关周期内的电压波形为单极性，二者相比较，两相三桥臂的谐波明显小于半桥SVPWM，尤其在低频的时候，由于定子绕组的电压降低，双极性波形谐波总含量比例会急剧增大。在相同的直流电压下，半桥SVPWM 所能获得的最大输出电压为直流电压的1/ 2 ，而两相三桥臂SVPWM 获得的最大输出电压为直流电压的1/错误！未找到引用源。，比半桥输出电压要高出41%。全桥电路在直流电压利用率方面占据优势，其使用的开关管个数却较多。
然后，我们来看SPWM 控制与SVPWM 之间的比较。从图表2-1 中可以看出在相同的电路拓扑下，SPWM 与SVPWM 在直流电压利用率方面是基本相同的。SPWM 控制模式原理简单，计算量小，非常适合用模拟电子器件实现。而SVPWM 控制方法是把
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