[发明专利]一种产生SPWM波的组合式局部倍频采样算法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种产生SPWM波的组合式局部倍频采样算法，主要应用于伺服电机控制、逆变电源、变频器和整流器等。 

背景技术

 随着微处理机技术、计算机技术和电力电子技术、自动控制理论等相关学科的快速发展，采用脉冲宽度调制（PulseWidth Modulation，简称PWM）技术的逆变器成为了当代电力电子技术中最基本的装置之一。自从PWM技术出现以后，PWM技术凭着其灵活多变的调频调压方式和优良性能，在伺服电机控制、UPS、整流器和变频器等领域也都得到了广泛的使用。至今，全球几个主要的电气公司所生产的变频调速器几乎都是采用PWM调制技术的。但是，无论采用现有的任何一种PWM调制方式，由于受控制技术和开关频率的限制，其输出的波形中都不可避免地会含有较高的谐波分量，使得采用了PWM控制技术的各种电力电子装置反而成为了“最大的干扰源”。对于小功率系统的影响可能不大明显，但是对于中、大功率系统而言，谐波带来的影响不仅仅是会造成能量的损耗，还带来了很多危害，谐波污染的问题概括起来，其主要有以下几方面： 

（1）对旋转式的电机而言，谐波会使其产生转矩脉动，增加功耗（铜损和铁损）使其导致发热，甚至还有可能会引起振动或者谐振。还有，谐波会使电机或逆变器等产生电磁噪音，污染环境。

（2）对容性负载而言，某些谐波还会使其谐振，谐波电流增大，导致电容器因过负荷或过电压而损坏。在电力系统中，谐波对电力电缆也会造成过负荷或过电压而击穿的危害。 

（3）对于变压器而言，增加其负载损耗，特别是在发生谐振的时候，谐波也将会被变压器所放大，会使其损耗大大地增加，甚至还会引发严重电力事故。 

（4）对于电力系统而言，有可能会造成继电保护和自动控制装置误动作，并且使电气测量仪表的计量不准确，影响电力监控。 

（5）谐波所产生的电磁干扰（EMI）会对邻近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 

 考虑到谐波存在着这么多的危害，谐波污染及其如何抑制的问题也已成为了人们研究的重要课题，对减小逆变器输出谐波的研究也成为一个热点的研究。至今，PWM 逆变器的谐波抑制技术也经历了一个不断创新和不断完善的发展过程，现主要的抑制方法有以下两个： 

（1） 采用随机PWM技术以抑制谐波分量，其原理是通过随机改变逆变器的开关角或开关频率的方式，使得谐波频谱中幅值较大的谐波分量得以分散，频谱变疏，从而使谐波沿频谱的频率轴分布更为连续。但是，该方法会使得其谐波分量的分布范围较宽，不利于滤波。

常见的随机PWM技术有：随机开关频率和随机脉冲位置两种。其中随机开关频率方式比较常用。随机地改变开关的频率，使得电机电磁噪音近似为限带白噪声（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的噪声信号），尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度却被大大地削弱了。因此，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值。同时，该技术的出现也说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法并不是盲目地提高工作频率，随机PWM技术正是提供了一个分析解决这种问题的全新思路。 

（2） 特定谐波消除脉宽调制技术（Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation——SHEPWM)，顾名思义，通过开关时刻的优化选择来产生PWM，消除了选定的低次谐波，具有波形质量高、效率高、直流电压利用率高、直流侧滤波器尺寸小等显著优点。其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开，表示为 ，首先确定基波分量的值，再令两个不同的，就可以建立三个方程，联立求解得及，这样就可以消去两个频率的谐波。该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波，但是剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大，而且同样存在计算复杂的缺点，该方法同样只适用于同步调制方式中。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种采样频率一定时，可以有效地抑制低次谐波分量的SPWM采样算法，该方法简单，易于数字化实现，节省DSP硬件资源。 

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现： 

一种产生SPWM波的组合式局部倍频采样算法，包括以下步骤：

步骤（1）：通过外部电路输入设定调制波频率、调制度、载波比、虚拟倍频区间系数、虚拟倍频倍数和死去时间等参数，并累计保存所有波峰和波谷采样点的值；