基本定义
SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）即正弦脉宽调制，是一种通过将正弦波信号与三角波（载波）信号相比较，从而产生一系列等幅不等宽的脉冲序列来控制功率器件开关的调制方法。这些脉冲序列的宽度是按照正弦规律变化的，用于控制逆变电路等电力电子装置，使其输出电压或电流近似为正弦波。
原理
载波和调制波：
在 SPWM 中，有两种关键的波形，一个是正弦调制波，它的频率决定了输出波形的基波频率，通常是我们期望得到的正弦波频率，比如在交流电机调速系统中，它的频率与电机的期望运行频率相关。另一个是三角载波，其频率比调制波频率高很多，一般为的几倍到几十倍。例如，调制波频率可能是 50Hz 或 60Hz（用于交流供电），而载波频率可能是几千赫兹。
比较过程：
当正弦调制波的幅值大于三角载波的幅值时，对应的功率器件（如 IGBT – 绝缘栅双极型晶体管）导通，输出高电平；当正弦调制波的幅值小于三角载波的幅值时，功率器件关断，输出低电平。这样就产生了一系列脉冲宽度按正弦规律变化的脉冲信号。通过傅里叶分析可知，这个脉冲序列包含了与调制波频率相同的基波分量和一系列高次谐波分量。由于载波频率较高，经过适当的滤波后，高次谐波可以被滤除，从而在负载端得到近似正弦波的输出。
调制方式分类
单极性 SPWM：
在单极性 SPWM 调制方式中，在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在一个方向变化。例如，在正半周，当调制波大于载波时，输出正电压，当调制波小于载波时，输出零电压；在负半周则相反。这种方式输出的脉冲信号在一个周期内只有正或负一种极性的脉冲，另一个极性的脉冲是通过零电平来间隔的。
双极性 SPWM：
双极性 SPWM 调制方式下，三角载波是在正负两个方向变化的。在正弦调制波的一个周期内，输出的脉冲信号既有正电平又有负电平。当调制波大于载波时，输出正电压；当调制波小于载波时，输出负电压。相比单极性 SPWM，双极性 SPWM 的输出波形对称性更好，并且在电机控制等应用中能够提供更好的动态性能。
优点
输出波形质量高：通过合理选择载波频率和调制比（调制波幅值与载波幅值之比），可以使输出电压或电流的波形非常接近正弦波，从而减少谐波对负载（如电机）的影响，降低电机的损耗和发热，提高系统的效率和性能。
控制灵活简单：SPWM 的基本原理比较直观，实现起来相对容易。可以通过改变调制波的频率来控制输出波形的频率，通过改变调制比来控制输出电压的幅值，这使得它在各种需要变频变压控制的场合（如变频调速系统）得到广泛应用。
应用领域
电机调速：在交流异步电机和永磁同步电机的变频调速系统中，SPWM 是一种常用的控制策略。通过控制逆变器输出的 SPWM 波形，可以调节电机的输入电压和频率，从而实现电机的平滑调速，提高电机的运行效率和控制精度。
不间断电源（UPS）：在 UPS 中，需要将直流电逆变为交流电为负载提供稳定的交流电源。SPWM 技术可以使逆变输出的交流电接近正弦波，保证输出电压的质量，满足对电源质量要求较高的负载（如计算机等精密设备）的需求。
可再生能源发电系统：在太阳能光伏发电系统和风力发电系统中，逆变器是将直流电转换为交流电的关键设备。SPWM 调制方法用于控制逆变器的输出，使输出的交流电能够符合电网接入要求或者满足本地负载的使用要求，提高可再生能源的利用效率和电能质量。