逆变器EPWM



为什么逆变器要用spwm技术?

逆变器采用SPWM技术的原因在于其能显著提升输出正弦波的纯净度和效率。以下是具体解释：

提高正弦波质量：

普通PWM技术通过固定幅值的调制波与三角载波相交产生方波输出，这种方式的输出波形含有丰富的高次谐波，正弦波质量受限。SPWM技术则通过正弦规律变化的占空比，结合三角波载波生成SPWM信号，经过滤波后能够产出低谐波、高纯净度的正弦波。

减少谐波产生：

SPWM技术利用计算机和单片机的计算能力，实现占空比和频率的精准调整，有效避免了谐波的产生。这使得逆变器输出的正弦波更加平滑，减少了因谐波带来的电能质量问题和设备损耗。

提升效率和稳定性：

SPWM技术能够显著提高逆变器的效率和稳定性，特别是在对谐波要求严格的场合，如电能质量领域。通过优化逆变器输出的正弦波质量，SPWM技术使得逆变器在电机控制、电能变换及电力并网等领域的应用更加广泛和高效。

技术实现灵活：

SPWM技术的实践操作涉及硬件和软件两部分，硬件上通过比较三角波与正弦波生成SPWM信号，软件上利用单片机输出PWM波并通过定时器或Epwm模块生成三角波。这种技术实现的灵活性使得SPWM技术能够适应不同应用场景的需求，进行定制化设计。

综上所述，逆变器采用SPWM技术能够显著提升输出正弦波的纯净度和效率，减少谐波产生，提升效率和稳定性，并且技术实现灵活，是现代电力电子技术中不可或缺的核心技术之一。

二重pwm逆变电路电压

二重PWM逆变电路的核心功能是通过两级PWM变换实现高效电能转换，其典型输出电压由直流侧电压和调制比决定，常规工业应用输出线电压范围通常在0-600V可调。

1. 电路结构与电压关系

二重PWM逆变系统前级为PWM整流器，后级为PWM逆变器。输出电压取决于：

• 直流母线电压（Vdc）：前级整流器输出，通常为380-800VDC（根据输入电压和负载需求）

• 调制比（m）：SPWM调制时理论最大输出相电压峰值=Vdc/2，线电压有效值=0.612×m×Vdc

• 多重化结构：通过变压器串联或并联组合，可实现更高电压等级或更大电流输出

2. 典型电压参数

• 低压机型：输入380VAC时，直流母线约540VDC，输出线电压0-380VAC可调

• 中压机型：采用IGBT多重化设计，输出可达690VAC或1140VAC

• 稳压精度：现代PWM逆变器输出电压稳态误差通常＜±2%

3. 最新技术标准

依据GB/T 12668.4-2023《调速电气传动系统 第4部分：电压型逆变器》要求：

• 额定输出电压偏差不超过标称值的±10%

• 电压不平衡度＜3%（在额定负载条件下）

• 总谐波畸变率（THD）＜5%（阻感负载时）

4. 选型注意事项

实际输出电压受负载特性、电缆阻抗及散热条件影响。大功率应用需考虑：

• 电压降补偿功能（默认集成于现代变频器）

• 过载能力：通常150%额定电流持续60秒

• 防护等级：IP21（室内）或IP54（工业环境）

（注：上述参数基于2024年主流厂商技术手册，具体数值需以实际设备铭牌为准）

PWM的逆变原理是什么

1. PWM（脉宽调制）技术通过调节脉冲宽度来控制输出电压，同时通过改变周期来调节输出频率。

2. 在PWM逆变器中，调压与调频协同工作，且与中间直流环节无关，这提高了调节速度和动态性能。

3. PWM逆变器使用不可控整流器，改善了电网侧的功率因数，并能够减少低次谐波。

4. 结合自关断器件，PWM逆变器能够显著提高开关频率，使输出波形接近正弦波。

5. PWM变频电路的特点包括：输出电压接近正弦波、功率因数接近1、电路结构简单，以及动态响应速度快。

6. 现代通用变频器普遍采用PWM控制方式，因此了解PWM控制原理是必要的。

7. PWM控制通过对逆变电路开关器件的通断进行控制，生成一系列代替正弦波或所需波形的脉冲。

8. 通过调节脉冲宽度，PWM逆变器可以改变输出电压和频率。

9. 采样控制理论表明，不同形状但面积相等的窄脉冲对系统的效果是等效的。

10. 利用这一理论，可以用不同宽度的矩形波来模拟正弦波，从而控制输出不同频率的正弦波。

11. PWM波形的生成涉及将正弦波分成等份，并用等幅不等宽的矩形脉冲序列代替，使脉冲面积与正弦部分相等。

12. 这样得到的PWM波形与正弦波等效，各脉冲宽度按正弦规律变化。

13. 要改变输出正弦波的幅值，只需按比例系数调整脉冲宽度，而无需改变整流电路。

14. 一旦知道了正弦波的频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形的脉冲宽度和间隔就可以准确计算。

15. 按照这些计算结果，控制开关器件的通断，就可以生成所需的PWM波形。

1.1 单相全桥逆变器基础仿真之双极性调制与单极性调制的差异

单相全桥逆变器PWM调制技术主要分为单极性调制与双极性调制，其核心差异在于调制脉冲的极性。单极性调制中，调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态；在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。输出uo的电平取决于ur与uc的关系。双极性调制中，在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，产生的PWM波电平为±Ud，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平。单极性调制的原理相对复杂，需要通过比较调制波与0的值来决定各开关器件的通断状态，而双极性调制则更为直观，只需要将调制波与载波比较即可产生PWM信号。在仿真搭建上，双极性调制模块的内部结构和参数设置相对简单，而单极性调制则需通过额外的逻辑处理来解决载波正负循环问题。仿真结果显示，在闭环控制条件下，单极性调制下的输出电流谐波含量更低，其性能远超双极性调制方式，同样开关频率下，输出电流的谐波含量显著减少。

浮思特 | 高压逆变器中的载波基础PWM技术比较

在浮思特高压逆变器中，锯齿波、三角波和正弦波三种载波基础PWM技术各有特点，正弦波PWM适合高压逆变器和并网系统，三角波PWM适合通用逆变器和电机驱动，锯齿波PWM适合低精度应用。 以下是对这三种技术的详细比较：

调制指数与输出波形质量调制指数定义：调制指数（M）是调制波形的幅度（Am）与载波波形的幅度（Ac）之间的比率。当M≤1（线性调制区域）时，输出电压波形与参考调制波形相似，失真度低；当M>1（过调制区域）时，参考电压超过载波波形，输出电压增加但波形失真增大。锯齿波PWM：调制指数由波形幅度决定，载波频率受开关速度影响。由于不均匀的脉冲宽度，边带谐波含量增加，且载波信号的尖锐边缘产生难以过滤的低阶谐波，影响输出波形质量。三角波PWM：在一个完整周期内线性上升和下降，产生更平衡的开关间隔，谐波能量集中在可预测的频率上，最小化低频成分，提高载波信号整体性能，输出波形质量较好。正弦波PWM：波形平滑且连续，与参考调制波形相似。通过高频三角波载波波形与正弦波形比较确定开关时刻，占空比与参考信号的正弦变化相匹配，生成的波形平滑，需要较少过滤即可产生正弦输出，输出波形质量最优。谐波特性锯齿波PWM：

边带谐波含量增加，源于不均匀的脉冲宽度。

载波信号的尖锐边缘产生显著的低阶谐波，过滤困难。

总谐波失真（THD）相对较高。

三角波PWM：

谐波能量集中在可预测的频率上，通过最小化低频成分提高性能。

与锯齿波PWM相比，展现出更好的谐波特性和较低的失真。

正弦波PWM：

具有最低的THD，得益于其在跟踪参考信号方面的精确性。

有效的谐波分布，谐波更容易通过LC低通滤波器过滤，且发生在更高频率，减少了对逆变器效率、使用寿命和电力质量的影响。

图2 不同载波PWM谐波特性对比开关频率与损耗锯齿波PWM：开关频率（fs）显著影响输出波形的质量，较高的开关频率可能增加开关损耗，且低阶谐波过滤困难，进一步影响效率。三角波PWM：高频三角波载波波形的开关频率影响PWM信号的分辨率和开关损耗。较高的载波频率会增加开关损耗，但提高信号分辨率，需要在两者之间进行权衡。正弦波PWM：同样需要考虑开关频率的影响，较高的开关频率有助于生成更平滑的波形，但也会增加开关损耗。不过，由于其优异的谐波特性，在相同开关频率下，整体性能通常优于其他两种技术。应用场景锯齿波PWM：

最适合瞬态响应至关重要的高速度开关应用。

由于高谐波失真特性，也适合低精度应用。

三角波PWM：

提供了适中的复杂性和均衡的谐波特性。

最适合于通用逆变器和电机驱动，如电机驱动中的扭矩控制等需要平滑输出和均衡开关模式的应用。

正弦波PWM：

是高压逆变器和并网系统中最合适的选择。

因其具有最低的THD、有效的谐波分布和优质的波形，能够满足高压逆变器和并网系统对电力质量的高要求。

实施复杂度锯齿波PWM：实施相对简单，但由于其谐波特性较差，可能需要额外的滤波措施来满足电力质量要求，增加了系统的复杂度。三角波PWM：实施复杂度适中，其均衡的谐波特性使得在大多数应用中不需要过于复杂的滤波设计。正弦波PWM：虽然其谐波特性优异，但实施过程相对复杂，需要精确控制高频三角波载波波形与正弦波形的比较和开关时刻的确定。不过，随着技术的发展，其实施难度逐渐降低，且其优异的性能使得在高压逆变器和并网系统中的应用越来越广泛。

PWM原理与PWM逆变器的工作原理图

PWM（脉冲宽度调制）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过调制方波占空比实现模拟信号的等效输出；PWM逆变器则利用PWM技术控制功率开关器件，将直流电转换为交流电以驱动电机等负载。 以下从PWM原理、PWM逆变器工作原理及典型电路分析三方面展开：

一、PWM原理

基本概念PWM通过高分辨率计数器调制方波的占空比（脉冲宽度与周期的比值），实现对模拟信号的数字编码。其核心是“等效原理”：用一系列等幅不等宽的脉冲替代连续模拟信号，保持脉冲面积（冲量）相等，从而在负载上获得与模拟信号等效的效果。

数字特性：PWM信号在任意时刻只有“完全导通”（ON）或“完全断开”（OFF）两种状态，通过调节ON/OFF的时间比例实现电压或电流的平均值控制。

带宽要求：只要PWM的开关频率足够高（远高于负载的响应频率），即可精确复现模拟信号。

正弦脉宽调制（SPWM）SPWM是PWM的一种特殊形式，其脉冲宽度按正弦规律变化，与正弦波等效。具体实现方法为：

将正弦半波等分为N份，每份对应一个等宽脉冲；

用等幅、不等宽的矩形脉冲替代原脉冲，宽度按正弦规律变化，且中点重合、面积相等。

示例：图1中，一系列等幅不等宽的脉冲序列可精确复现正弦半波的形状。

二、PWM逆变器工作原理

PWM逆变器通过控制功率开关器件（如MOSFET、IGBT）的通断，将直流电转换为交流电。其核心是三相功率级，用于驱动三相无刷直流电机，具体工作原理如下：

磁场定向控制

逆变器需产生一个电场，保持与转子磁场角度接近90°，以实现高效驱动。

通过六步序列控制生成6个定子磁场向量，每个向量对应特定的转子位置，由霍尔效应传感器检测转子位置并触发切换。

功率级切换模式

MOSFET分工：Q1、Q3、Q5高频（HF）切换，Q2、Q4、Q6低频（LF）切换。

典型步骤（以L1、L2供电，L3未供电为例）：

步骤1：Q1、Q2导通，电流路径为Q1→L1→L2→Q4。

步骤2：Q1关断，电感续流通过体二极管D2，路径为D2→L1→L2→Q4。

步骤3：Q1重新导通，体二极管D2反向偏置，产生电流尖峰（增加开关损耗）。

优化措施：使用快速体二极管恢复特性的MOSFET，减小反向恢复峰值电流（Irrm），降低损耗。

三、典型PWM逆变器电路分析

以图1262所示电路为例，其工作原理如下：

振荡器与频率控制

电阻R2和电容C1设定集成电路内部振荡器的频率，R1用于微调。

IC的14脚和11脚输出180°相位差的50Hz脉冲，驱动后续晶体管阶段。

功率转换过程

上半周期输出：

14脚高电平时，Q2导通，进而使Q4、Q5、Q6导通。

电流从+12V电源经Q4、Q5、Q6和变压器T1初级上半部分流向地，在T1次级感应出220V电压（输出波形上半周期）。

下半周期输出：

11脚高电平时，Q7导通，进而使Q8、Q9导通。

电流从+12V电源经变压器T1初级下半部分和Q7、Q8、Q9流向地，在T1次级感应出220V电压（输出波形下半周期）。

输出电压调节

逆变器输出经变压器T2降压、桥式整流（D5）后，与内部参考电压比较，生成误差电压。

IC根据误差电压调节驱动信号（14脚和12脚）的占空比，使输出电压稳定在设定值。

R9预设可调节反馈量，从而控制输出电压。

保护与滤波

续流二极管（D3、D4）：保护驱动级晶体管免受变压器初级电压尖峰冲击。

限流电阻（R14、R15）：限制基极电流，防止意外导通。

滤波电容（C10、C11）：滤除逆变器输出噪声。

稳压电容（C8）：为稳压IC提供滤波。

四、关键点总结PWM通过占空比调制实现模拟信号的数字编码，SPWM是其正弦化变种。PWM逆变器通过六步序列控制功率级，结合霍尔传感器实现磁场定向驱动。典型电路中，振荡器、功率转换、电压调节和保护模块协同工作，确保高效、稳定的交流输出。

逆变器mppt是什么意思？

大功率逆变器MPPT最大功率跟踪范围是420-850V,也就是说直流电压420V的时候输出功率达到100%。

简单讲：峰值电压（DC420V）转换成和交流电有效电压，乘以转换系数获得（AC270V），该系数与输出侧电压调压范围及脉宽输出占空比有关。 

270的调压范围（-10%至10%）那么：直流侧DC420V时的输出电压最高值为AC297V；获得AC297V交流电有效值，直流电压(交流电峰值电压)为297*1.414=420V；反过来计算就可以得到AC270V;其过程是：DC420V直流电经开光关（IGBT、IPM等），进行PWM（脉宽调制）控制，再通过滤波后得到交流电的。 

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