1、第六章第六章 PWMPWM控制技術(shù)控制技術(shù)第六章第六章 PWMPWM控制技術(shù)控制技術(shù)第六章第六章 PWM控制技術(shù)控制技術(shù) 引言引言PWM (Pulse Width Modulation)PWM (Pulse Width Modulation)控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)：即經(jīng)過對(duì)一控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)：即經(jīng)過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)展調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需求的波形含外形和幅值系列脈沖的寬度進(jìn)展調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需求的波形含外形和幅值) )如直流斬波電路、斬控式調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路已涉及到如直流斬波電路、斬控式調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路已涉及到PWMPWM控制。控制。全控型器件的開展使得實(shí)現(xiàn)全控型器件的

2、開展使得實(shí)現(xiàn)PWMPWM控制變得非常容易。控制變得非常容易。運(yùn)用非常廣泛，在電力電子技術(shù)的開展史上占有非常重要的位置。運(yùn)用非常廣泛，在電力電子技術(shù)的開展史上占有非常重要的位置。PWMPWM控制技術(shù)在逆變電路中得到勝利運(yùn)用，如今運(yùn)用的各種逆變電路都控制技術(shù)在逆變電路中得到勝利運(yùn)用，如今運(yùn)用的各種逆變電路都采用了采用了PWMPWM技術(shù)，本章和第技術(shù)，本章和第5 5章逆變電路相結(jié)合，才干使我們對(duì)逆變章逆變電路相結(jié)合，才干使我們對(duì)逆變電路有完好地認(rèn)識(shí)。電路有完好地認(rèn)識(shí)。6.1 PWM6.1 PWM控制的根本思想控制的根本思想1 1重要實(shí)際根底重要實(shí)際根底面積等效原理面積等效原理沖量相等而外形不同的窄脈

3、沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果根本一樣沖量相等而外形不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果根本一樣窄脈沖窄脈沖的面積的面積環(huán)節(jié)的輸出呼應(yīng)波形根本一樣環(huán)節(jié)的輸出呼應(yīng)波形根本一樣外形不同而沖量一樣的各種窄脈沖外形不同而沖量一樣的各種窄脈沖單位脈沖函數(shù)單位脈沖函數(shù)f (t)d (t)tO矩形脈沖矩形脈沖三角形脈沖三角形脈沖正弦半波脈沖正弦半波脈沖tOf (t)tOf (t)tOf (t)實(shí)例闡明實(shí)例闡明呼應(yīng)波形呼應(yīng)波形如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)替代一個(gè)正弦半波如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)替代一個(gè)正弦半波 OutOu t面積等效原理面積等效原理6.1 PWM6.1 PWM控制的根本思想控制

4、的根本思想OuttSPWM波Out假設(shè)要改動(dòng)正弦波幅值假設(shè)要改動(dòng)正弦波幅值按同一比例改動(dòng)各脈沖寬度即可按同一比例改動(dòng)各脈沖寬度即可寬度按正弦規(guī)律變化寬度按正弦規(guī)律變化沖量相等，中點(diǎn)重合沖量相等，中點(diǎn)重合6.1 PWM控制的根本思想控制的根本思想OwtUd-Ud 對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWMPWM波形波形OwtUd-Ud 正弦波還可等效為以下圖中的正弦波還可等效為以下圖中的PWMPWM波，在實(shí)踐運(yùn)用中更為廣泛。波，在實(shí)踐運(yùn)用中更為廣泛。Uot等幅等幅PWMPWM波波不等幅不等幅PWMPWM波波6.2 PWM6.2 PWM逆變電路及其控制方

5、法逆變電路及其控制方法目前中小功率的逆變電路幾乎都采用目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWMPWM技術(shù)。技術(shù)。逆變電路是逆變電路是PWMPWM控制技術(shù)最為重要的運(yùn)用場(chǎng)所。控制技術(shù)最為重要的運(yùn)用場(chǎng)所。本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體。本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體。PWMPWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前適用的逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前適用的PWMPWM逆變電路逆變電路幾乎都是電壓型電路。幾乎都是電壓型電路。1 1計(jì)算法計(jì)算法據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWMPWM波各脈沖寬度波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，

6、就可得到和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到PWMPWM波形波形較繁瑣，當(dāng)正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化較繁瑣，當(dāng)正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化V4V4關(guān)時(shí)關(guān)時(shí),V1,VD3 ,V1,VD3 或或V3 VD1V3 VD1續(xù)流，續(xù)流，uo=0uo=0V1V1通，通，V2V2斷，斷， V3,4 V3,4交替通交替通斷斷UoUo正正周周半半 V1,4V1,4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uo=Ud uo=Ud V2V2通，通，V1V1斷。斷。 V3,4 V3,4交替通交替通斷斷V3V3關(guān)時(shí)關(guān)時(shí),V2 VD4 ,V2 VD4 或或V4 VD2V4 VD2續(xù)續(xù)流流,uo=0,u

7、o=0 V2,3V2,3導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uo=-Ud uo=-Ud 2單極型調(diào)制法單極型調(diào)制法以單相橋式電壓型逆變電路為例以單相橋式電壓型逆變電路為例單相橋式單相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 V1,2 V1,2通斷互補(bǔ)，通斷互補(bǔ)，V3,4V3,4通斷也互通斷也互補(bǔ)補(bǔ)單極性單極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouoUd-Ud在在urur和和ucuc的交點(diǎn)時(shí)辰控制的交點(diǎn)時(shí)辰控制IGBTIGBT的通斷的通斷UoUo負(fù)負(fù)周周半半urur正半周，正半周，V1V1堅(jiān)持通，堅(jiān)持通，V2V2堅(jiān)持?jǐn)唷?jiān)持?jǐn)唷．?dāng)當(dāng)urucuruc時(shí)使時(shí)使V4V4通，通，V3V3斷，斷，uo=Ud

8、 uo=Ud 。當(dāng)當(dāng)urucurucur uc時(shí)，令時(shí)，令V1,4V1,4導(dǎo)通，令導(dǎo)通，令V23V23關(guān)斷關(guān)斷如如io0io0，V1,4V1,4通；如通；如io0io0，VD14VD14通通,uo=Ud ,uo=Ud urucuruc時(shí)，令時(shí)，令V2,3V2,3通，令通，令V1,4V1,4關(guān)斷。關(guān)斷。如如io0io0io0，VD2,3VD2,3通，通，uo=-Ud uo=-Ud 。雙極性雙極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在在urur和和ucuc的交點(diǎn)時(shí)辰控制的交點(diǎn)時(shí)辰控制IGBTIGBT的通斷。的通斷。ucurUuuUNuVNuWNtttt

9、uUVUd- Udt三相橋式三相橋式PWMPWM型逆變電路型逆變電路 以以U U相為例分析控制規(guī)律：相為例分析控制規(guī)律：urUucurUuc時(shí)時(shí), ,通通V1,V1,關(guān)關(guān)V4,uUNV4,uUN=Ud/2=Ud/2urUucurUuc時(shí)時(shí), ,通通V4,V4,關(guān)關(guān)V1,uUNV1,uUN=-=-Ud/2Ud/2當(dāng)當(dāng)V14V14加通訊號(hào)時(shí)加通訊號(hào)時(shí), ,能夠能夠V14V14通，通，也能夠也能夠VD14VD14通通6.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法Uc-Uc-三相的三相的PWMPWM控制公用三角波載波控制公用三角波載波urUurU、urVurV、urW-urW-三相的調(diào)制信號(hào)三相的調(diào)制信號(hào)4

10、 4雙極性雙極性PWMPWM控制方式三相橋逆變控制方式三相橋逆變 負(fù)載相電壓有負(fù)載相電壓有( (2/3)Ud2/3)Ud、 ( (1/3)Ud1/3)Ud和和0 0共共5 5種電平種電平2UdurVurWuUNt32Ud3UduUNuUN、uVNuVN和和uWNuWN 僅僅Ud/2Ud/2兩兩種電平種電平uUVuUV波形可由波形可由uUNuUN-uVN-uVN得出，得出，有有UdUd和和0 0三種電平。三種電平。在輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各在輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各k k次，有次，有k k個(gè)個(gè)開關(guān)時(shí)辰可控，可消去開關(guān)時(shí)辰可控，可消去k k1 1個(gè)頻率的特定諧波。個(gè)頻率的特定諧波。k

11、k的取值越大，開關(guān)時(shí)辰的計(jì)算越復(fù)雜。的取值越大，開關(guān)時(shí)辰的計(jì)算越復(fù)雜。雙極性雙極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud單極性單極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud6.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法雙極性雙極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形單極性單極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud6.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法uwtwtu000PWMPWM調(diào)制方式分為異步伐制和同步伐制調(diào)制方式分為異步伐制和同步伐制 通常堅(jiān)持通常堅(jiān)持fcfc固定

12、不變，當(dāng)固定不變，當(dāng)frfr變化時(shí)，載波比變化時(shí)，載波比N N是變化的是變化的 在信號(hào)波的半周期內(nèi)，在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWMPWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/41/4周期的脈沖也不對(duì)稱周期的脈沖也不對(duì)稱 frfr較低時(shí)較低時(shí),N,N較大，一較大，一T T內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生影響較小內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生影響較小 frfr增高時(shí)增高時(shí),N,N減小減小, ,一一T T內(nèi)的脈沖數(shù)減少，內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWMPWM脈沖不對(duì)稱的影響變大脈沖不對(duì)稱的影響變大載波比載波比N=

13、fc / frN= fc / fr1 1異步伐制異步伐制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式6.2.2 異步伐制和同步伐制異步伐制和同步伐制urucuOwtuOwt頻率添加頻率添加uOwt頻率減小頻率減小低頻性能好低頻性能好2 2同步伐制同步伐制uc uc 與與urur堅(jiān)持同步的調(diào)制方式，變頻時(shí)堅(jiān)持同步的調(diào)制方式，變頻時(shí)N= fc / frN= fc / fr等于常數(shù)等于常數(shù)ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud-2Ud同步伐制三相同步伐制三相PWMPWM波形波形frfr變化時(shí)變化時(shí)N N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈

14、沖數(shù)固定。出脈沖數(shù)固定。三相電路中公用一個(gè)三角載波，取三相電路中公用一個(gè)三角載波，取N N為為3 3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱為使為使PWMPWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱波正負(fù)半周鏡對(duì)稱,N,N取奇數(shù)取奇數(shù)frfr很低時(shí)，很低時(shí)，fcfc也很低，由調(diào)制帶來(lái)的也很低，由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除。諧波不易濾除。frfr很高時(shí)，很高時(shí)，fcfc會(huì)過高，使開關(guān)器件難會(huì)過高，使開關(guān)器件難以接受。以接受。6.2.2 異步伐制和同步伐制異步伐制和同步伐制uOwt6.2.2 異步伐制和同步伐制異步伐制和同步伐制3 3分段同步伐制分段同步伐制異步伐制和同步伐制的綜合運(yùn)用異步伐制和同步伐制的綜合運(yùn)用把

15、整個(gè)把整個(gè)frfr范圍劃分成假設(shè)干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)堅(jiān)持范圍劃分成假設(shè)干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)堅(jiān)持N N恒定，恒定，不同頻段的不同頻段的N N不同。不同。在在frfr高的頻段采用較低的高的頻段采用較低的N N，使載波頻率不致過高；在，使載波頻率不致過高；在frfr低低的頻段采用較高的的頻段采用較高的N N，使載波頻率不致過低。，使載波頻率不致過低。為防止為防止fcfc在切換點(diǎn)附近來(lái)回跳動(dòng)，采用滯后切換的方法。在切換點(diǎn)附近來(lái)回跳動(dòng)，采用滯后切換的方法。同步伐制比異步伐制復(fù)雜，但用微機(jī)控制時(shí)容易實(shí)現(xiàn)。同步伐制比異步伐制復(fù)雜，但用微機(jī)控制時(shí)容易實(shí)現(xiàn)。可在低頻輸出時(shí)采用異步伐制方式，高頻輸出時(shí)切換到同步可

16、在低頻輸出時(shí)采用異步伐制方式，高頻輸出時(shí)切換到同步伐制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分段同步方式效伐制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分段同步方式效果接近。果接近。6.2.3 規(guī)那么采樣規(guī)那么采樣法法1 1自然采樣法：自然采樣法：按照按照SPWMSPWM控制的根本原理產(chǎn)生的控制的根本原理產(chǎn)生的PWMPWM波的方法，其求解復(fù)雜，難以在實(shí)波的方法，其求解復(fù)雜，難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，工程運(yùn)用不多時(shí)控制中在線計(jì)算，工程運(yùn)用不多ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d 規(guī)那么采樣法規(guī)那么采樣法 2 2規(guī)那么采樣法工程適用方法，效果規(guī)那么采樣法工程適用方法，效果接近自然采樣

17、法，計(jì)算量小得多接近自然采樣法，計(jì)算量小得多三角波兩個(gè)正峰值間為一個(gè)采樣周期三角波兩個(gè)正峰值間為一個(gè)采樣周期Tc Tc 脈沖中點(diǎn)和三角波脈沖中點(diǎn)和三角波( (負(fù)峰點(diǎn)負(fù)峰點(diǎn)) )重合重合, ,使計(jì)算大為使計(jì)算大為減化減化確定確定A A、B B點(diǎn)，在點(diǎn)，在tA tBtA tB時(shí)辰控制器件的通斷。時(shí)辰控制器件的通斷。脈沖寬度脈沖寬度d d和用自然采樣法得到的非常接近。和用自然采樣法得到的非常接近。規(guī)那么采樣法計(jì)算公式推導(dǎo)規(guī)那么采樣法計(jì)算公式推導(dǎo)正弦調(diào)制信號(hào)波正弦調(diào)制信號(hào)波taursinrw脈沖兩邊間隙寬度脈沖兩邊間隙寬度)sin1 (421DrcctaTTwdd-由圖得由圖得2/22/sin1cDr

18、Ttadw)sin1 (2DrctaTwd調(diào)制度調(diào)制度,0a1信號(hào)波角頻率信號(hào)波角頻率3三相橋逆變電路的情況三角波載波公用，三相正弦調(diào)制波相位依次差三角波載波公用，三相正弦調(diào)制波相位依次差120120同一三角波周期內(nèi)三相的脈寬分別為同一三角波周期內(nèi)三相的脈寬分別為dUdU、dVdV和和dWdW，脈沖，脈沖兩邊的間隙寬度分別為兩邊的間隙寬度分別為d dU U、d d V V和和d d W W，同一時(shí)辰三相調(diào)，同一時(shí)辰三相調(diào)制波電壓之和為零，由式制波電壓之和為零，由式(6-6)(6-6)得得 由式由式(6-7)(6-7)得得23cWVUTddd43c W V UTddd利用以上兩式可簡(jiǎn)化三相利用以

19、上兩式可簡(jiǎn)化三相SPWMSPWM波的計(jì)算波的計(jì)算(6-8)(6-9)6.2.3 規(guī)那么采樣規(guī)那么采樣法法6.2.4 PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析運(yùn)用載波對(duì)正弦信號(hào)波調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生和載波有關(guān)的諧波分運(yùn)用載波對(duì)正弦信號(hào)波調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生和載波有關(guān)的諧波分量。量。諧波頻率和幅值是衡量諧波頻率和幅值是衡量PWMPWM逆變電路性能的重要目的之一。逆變電路性能的重要目的之一。分析以雙極性分析以雙極性SPWMSPWM波形為準(zhǔn)。波形為準(zhǔn)。同步伐制可看成異步伐制的特殊情況，只分析異步伐制方同步伐制可看成異步伐制的特殊情況，只分析異步伐制方式。式。分析方法分析方法以載波周期為根底，再利用貝塞爾函數(shù)推導(dǎo)出以

20、載波周期為根底，再利用貝塞爾函數(shù)推導(dǎo)出PWMPWM波的傅波的傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式。里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式。雖然分析過程復(fù)雜，但結(jié)論簡(jiǎn)單而直觀。雖然分析過程復(fù)雜，但結(jié)論簡(jiǎn)單而直觀。6.2.4 PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析諧波分析小結(jié)諧波分析小結(jié)三相和單相比較，共同點(diǎn)是都不含低次諧波，一個(gè)較顯著三相和單相比較，共同點(diǎn)是都不含低次諧波，一個(gè)較顯著的區(qū)別是載波角頻率的區(qū)別是載波角頻率wcwc整數(shù)倍的諧波沒有了，諧波中幅值較整數(shù)倍的諧波沒有了，諧波中幅值較高的是高的是wcwc2wr2wr和和2wc2wcwrwr。SPWMSPWM波中諧波主要是角頻率為波中諧波主要是角頻率為wcwc、2wc2wc及其附近

21、的諧波，及其附近的諧波，很容易濾除。很容易濾除。當(dāng)調(diào)制信號(hào)波不是正弦波時(shí)，諧波由兩部分組成：一部分當(dāng)調(diào)制信號(hào)波不是正弦波時(shí)，諧波由兩部分組成：一部分是對(duì)信號(hào)波本身進(jìn)展諧波分析所得的結(jié)果，另一部分是由于是對(duì)信號(hào)波本身進(jìn)展諧波分析所得的結(jié)果，另一部分是由于信號(hào)波對(duì)載波的調(diào)制而產(chǎn)生的諧波。后者的諧波分布情況和信號(hào)波對(duì)載波的調(diào)制而產(chǎn)生的諧波。后者的諧波分布情況和SPWMSPWM波的諧波分析一致。波的諧波分析一致。dU) 2/ 3(直流電壓利用率直流電壓利用率逆變電路輸出交流電壓基波最大幅值逆變電路輸出交流電壓基波最大幅值U1mU1m和直流電壓和直流電壓UdUd之比。之比。提高直流電壓利用率可提高逆變器

22、的輸出才干。提高直流電壓利用率可提高逆變器的輸出才干。減少器件的開關(guān)次數(shù)可以降低開關(guān)損耗。減少器件的開關(guān)次數(shù)可以降低開關(guān)損耗。正弦波調(diào)制的三相正弦波調(diào)制的三相PWMPWM逆變電路，調(diào)制度逆變電路，調(diào)制度a a為為1 1時(shí)，輸出線電壓時(shí)，輸出線電壓的基波幅值為的基波幅值為 ，直流電壓利用率為，直流電壓利用率為0.8660.866，實(shí)踐還更低。，實(shí)踐還更低。梯形波調(diào)制方法的思緒梯形波調(diào)制方法的思緒采用梯形波作為調(diào)制信號(hào)，可有效提高直流電壓利用率。采用梯形波作為調(diào)制信號(hào)，可有效提高直流電壓利用率。當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時(shí)，梯形波所含的基波分量幅當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時(shí)，梯形波所含的基波分

23、量幅值更大。值更大。6.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)ucurUurVurWuuUNOwtOwtOwtOwtuVNuUV圖6-15 梯形波為調(diào)制信號(hào)的PWM控制 1 1梯形波調(diào)制方法的原理及波形梯形波調(diào)制方法的原理及波形梯形波的外形用三角化率 s =Ut/Uto描畫，Ut為以橫軸為底時(shí)梯形波的高，Uto為以橫軸為底邊把梯形兩腰延伸后相交所構(gòu)成的三角形的高。s =0時(shí)梯形波變?yōu)榫匦尾ǎ瑂 =1時(shí)梯形波變?yōu)槿遣āＬ菪尾ê痛沃C波，PWM波含同樣的低次諧波。低次諧波不包括由載波引起的諧波產(chǎn)生的波形畸變率為d 。6.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提

24、高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)不論不論urU1urU1、urV1urV1和和urW1urW1幅值的大小，幅值的大小，urUurU、urVurV、urWurW總有總有1/31/3周期的值和三角波負(fù)峰值相等。在這周期的值和三角波負(fù)峰值相等。在這1/31/3周期中，不對(duì)周期中，不對(duì)調(diào)制信號(hào)值為調(diào)制信號(hào)值為-1-1的相進(jìn)展控制，只對(duì)其他兩相進(jìn)展控制，的相進(jìn)展控制，只對(duì)其他兩相進(jìn)展控制，這種控制方式稱為兩相控制方式這種控制方式稱為兩相控制方式 。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1 1在在1/31/3周期內(nèi)器件不動(dòng)作，開關(guān)損耗減少周期內(nèi)器件不動(dòng)作，開關(guān)損耗減少1/31/3。 2 2最大輸出線電壓基波幅值為最大輸出線電壓基波幅

25、值為UdUd，直流電壓利用，直流電壓利用率率 提高。提高。 3 3輸出線電壓不含低次諧波，優(yōu)于梯形波調(diào)制方輸出線電壓不含低次諧波，優(yōu)于梯形波調(diào)制方式。式。6.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)6.2.6 PWM逆變電路的多重化逆變電路的多重化l PWMPWM多重化逆變電路，普通目的：提高等效開關(guān)頻率、減少開關(guān)損耗、多重化逆變電路，普通目的：提高等效開關(guān)頻率、減少開關(guān)損耗、減少和載波有關(guān)的諧波分量減少和載波有關(guān)的諧波分量l PWMPWM逆變電路多重化結(jié)合方式有變壓器方式和電抗器方式逆變電路多重化結(jié)合方式有變壓器方式和電抗器方式利用電抗器聯(lián)接的二重利用電抗器聯(lián)

26、接的二重PWMPWM逆變電路圖逆變電路圖6-206-20，圖，圖 6-21)6-21)圖圖6-20 6-20 二重二重PWMPWM型逆變電路型逆變電路 兩個(gè)單元逆變電路的載波信號(hào)兩個(gè)單元逆變電路的載波信號(hào)相互錯(cuò)開相互錯(cuò)開180180輸出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)N的電壓uUN=(uU1N+uU2N)/2,已變?yōu)閱螛O性PWM波6.2.6 PWM逆變電路的多重化逆變電路的多重化圖6-21Ud-UdOurUurVuc2uc1wtuUVuOwtOwtOwtOwtOwtuU1NuU2NuUNuVN2Ud-2Ud圖6-21 二重PWM型逆變電路輸出波形 輸出線電壓共有輸出線電壓共有0 0、( (1/2)Ud1/

27、2)Ud、UdUd五個(gè)電平，比非多重化時(shí)諧波有五個(gè)電平，比非多重化時(shí)諧波有所減少。所減少。電抗器上所加電壓頻率為載波頻電抗器上所加電壓頻率為載波頻率，比輸出頻率高得多，只需很小率，比輸出頻率高得多，只需很小的電抗器就可以了。的電抗器就可以了。輸出電壓所含諧波角頻率仍可表輸出電壓所含諧波角頻率仍可表示為示為nwc+kwrnwc+kwr，但其中，但其中n n為奇數(shù)時(shí)的為奇數(shù)時(shí)的諧波已全被除去，諧波最低頻率在諧波已全被除去，諧波最低頻率在2wc2wc附近，相當(dāng)于電路的等效載波頻附近，相當(dāng)于電路的等效載波頻率提高一倍。率提高一倍。6.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) PWMPWM波形生成的第三種方法

28、波形生成的第三種方法跟蹤控制方法。跟蹤控制方法。 把希望輸出的波形作為指令信號(hào)，把實(shí)踐波形作為把希望輸出的波形作為指令信號(hào)，把實(shí)踐波形作為 反響信號(hào)，經(jīng)過兩者的瞬時(shí)值比較來(lái)決議逆變電路反響信號(hào)，經(jīng)過兩者的瞬時(shí)值比較來(lái)決議逆變電路 各開關(guān)器件的通斷，使實(shí)踐的輸出跟蹤指令信號(hào)變化。各開關(guān)器件的通斷，使實(shí)踐的輸出跟蹤指令信號(hào)變化。 常用的有滯環(huán)比較方式和三角波比較方式。常用的有滯環(huán)比較方式和三角波比較方式。6.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 1) 1) 跟蹤型跟蹤型PWMPWM變流電路中，電流跟蹤控制運(yùn)用最多。變流電路中，電流跟蹤控制運(yùn)用最多。tOiii*+D Ii*-D Ii*圖圖6-23 6-

29、23 滯環(huán)比較方式的指滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流令電流和輸出電流圖圖6-22 6-22 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例例根本原理根本原理把指令電流把指令電流i i* *和實(shí)踐輸出電流和實(shí)踐輸出電流i i的偏的偏向向i i* *-i-i作為滯環(huán)比較器的輸入。作為滯環(huán)比較器的輸入。V1V1或或VD1VD1通時(shí)，通時(shí)，i i增大增大V2V2或或VD2VD2通時(shí)，通時(shí)，i i減小減小經(jīng)過環(huán)寬為經(jīng)過環(huán)寬為2DI2DI的滯環(huán)比較器的控制，的滯環(huán)比較器的控制，i i就在就在i i* *+DI+DI和和i i* *-DI-DI的范圍內(nèi)，呈的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤指令電流鋸齒狀地跟

30、蹤指令電流i i* *。參數(shù)的影響參數(shù)的影響環(huán)寬過寬時(shí)，開關(guān)頻率低，跟蹤誤環(huán)寬過寬時(shí)，開關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時(shí)，跟蹤誤差小，差大；環(huán)寬過窄時(shí)，跟蹤誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。L L大時(shí)，大時(shí)，i i的變化率小，跟蹤慢；的變化率小，跟蹤慢；L L小時(shí)，小時(shí)，i i的變化率大，開關(guān)頻率過的變化率大，開關(guān)頻率過高。高。滯環(huán)滯環(huán)環(huán)寬環(huán)寬電抗器L的作用6.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式2) 2) 三相的情況三相的情況圖圖6-25 6-25 三相電流跟蹤型三相電流跟蹤型PWMPWM逆變電路輸出波形逆變電路輸出波形圖圖6-24 6-24 三相電流跟蹤三相電

31、流跟蹤型型PWMPWM逆變電路逆變電路6.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式3)3)采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWMPWM變流電路有如下特點(diǎn)。變流電路有如下特點(diǎn)。 1 1硬件電路簡(jiǎn)單。硬件電路簡(jiǎn)單。 2 2實(shí)時(shí)控制，電流呼應(yīng)快。實(shí)時(shí)控制，電流呼應(yīng)快。 3 3不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。 4 4和計(jì)算法及調(diào)制法相比，一樣開關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量多和計(jì)算法及調(diào)制法相比，一樣開關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量多 5 5閉環(huán)控制，是各種跟蹤型閉環(huán)控制，是各種跟蹤型PWMPWM變流電路的共同特點(diǎn)。變流電路的共同

32、特點(diǎn)。6.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式圖圖6-26 6-26 電壓跟蹤控制電路舉例電壓跟蹤控制電路舉例4) 采用滯環(huán)比較方式實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制把指令電壓u*和輸出電壓u進(jìn)展比較，濾除偏向信號(hào)中的諧波，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器，由比較器輸出控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制。6.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 和電流跟蹤控制電路相比，只是把指令和反響信號(hào)從和電流跟蹤控制電路相比，只是把指令和反響信號(hào)從電流變?yōu)殡妷骸ｋ娏髯優(yōu)殡妷骸?輸出電壓輸出電壓PWMPWM波形中含大量高次諧波，必需用適當(dāng)?shù)臑V波形中含大量高次諧波，必需用適當(dāng)?shù)臑V波器濾除。波器濾除。 u u* *=0=0時(shí)，輸出電壓時(shí)

33、，輸出電壓u u為頻率較高的矩形波，相當(dāng)于一個(gè)為頻率較高的矩形波，相當(dāng)于一個(gè)自勵(lì)振蕩電路。自勵(lì)振蕩電路。 u u* *為直流信號(hào)時(shí)，為直流信號(hào)時(shí)，u u產(chǎn)生直流偏移，變?yōu)檎?fù)脈沖寬度產(chǎn)生直流偏移，變?yōu)檎?fù)脈沖寬度不等，正寬負(fù)窄或正窄負(fù)寬的矩形波。不等，正寬負(fù)窄或正窄負(fù)寬的矩形波。 u u* *為交流信號(hào)時(shí)，只需其頻率遠(yuǎn)低于上述自勵(lì)振蕩頻為交流信號(hào)時(shí)，只需其頻率遠(yuǎn)低于上述自勵(lì)振蕩頻率，從率，從u u中濾除由器件通斷產(chǎn)生的高次諧波后，所得的中濾除由器件通斷產(chǎn)生的高次諧波后，所得的波形就幾乎和波形就幾乎和u u* * 一樣，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制。一樣，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制。6.3.2 三角形比較方式

34、三角形比較方式負(fù)載+-iUi*U+-iVi*V+-iWi*WUdC+-C+-C+-三相三角波三相三角波發(fā)生電路發(fā)生電路AAA(1)(1)根本原理根本原理不是把指令信號(hào)和三角波直接進(jìn)不是把指令信號(hào)和三角波直接進(jìn)展比較，而是經(jīng)過閉環(huán)來(lái)進(jìn)展控展比較，而是經(jīng)過閉環(huán)來(lái)進(jìn)展控制。制。把指令電流把指令電流i i* *U U、i i* *V V和和i i* *W W和實(shí)踐和實(shí)踐輸出電流輸出電流iUiU、iViV、iWiW進(jìn)展比較，進(jìn)展比較，求出偏向，經(jīng)過放大器求出偏向，經(jīng)過放大器A A放大后，放大后，再去和三角波進(jìn)展比較，產(chǎn)生再去和三角波進(jìn)展比較，產(chǎn)生PWMPWM波形。波形。放大器放大器A A通常具有通常具有

35、PIPI特性或特性或P P特性，特性，其系數(shù)直接影響電流跟蹤特性。其系數(shù)直接影響電流跟蹤特性。(2)(2)特點(diǎn)特點(diǎn)開關(guān)頻率固定，等于載波頻率，高頻濾波器設(shè)計(jì)方便。開關(guān)頻率固定，等于載波頻率，高頻濾波器設(shè)計(jì)方便。為改善輸出電壓波形，三角波載波常用三相三角波載波。為改善輸出電壓波形，三角波載波常用三相三角波載波。和滯環(huán)比較控制方式相比，這種控制方式輸出電流所含的諧和滯環(huán)比較控制方式相比，這種控制方式輸出電流所含的諧波少。波少。三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路6.3.2 三角形比較方式三角形比較方式(3)(3)除上述兩種比較方式外，還有定時(shí)比較方式。除上述兩種比較方式

36、外，還有定時(shí)比較方式。不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘。不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘。以固定采樣周期對(duì)指令信號(hào)和被控制變量進(jìn)展采樣，根據(jù)偏向的以固定采樣周期對(duì)指令信號(hào)和被控制變量進(jìn)展采樣，根據(jù)偏向的極性來(lái)控制開關(guān)器件通斷。極性來(lái)控制開關(guān)器件通斷。在時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)的時(shí)辰，在時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)的時(shí)辰，如如i ii ii i* *，V1V1斷，斷，V2V2通，使通，使I I 減小。減小。每個(gè)采樣時(shí)辰的控制造用都使實(shí)踐電流與指令電流的誤差減小。每個(gè)采樣時(shí)辰的控制造用都使實(shí)踐電流與指令電流的誤差減小。采用定時(shí)比較方式時(shí)，器件的最高開關(guān)頻率為時(shí)鐘頻率的采用定時(shí)比較方式時(shí)，器件的最高開關(guān)頻率為時(shí)鐘頻

37、率的1/21/2。和滯環(huán)比較方式相比，電流控制誤差沒有一定的環(huán)寬，控制的精和滯環(huán)比較方式相比，電流控制誤差沒有一定的環(huán)寬，控制的精度低一些。度低一些。6.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 適用的整流電路幾乎都是晶閘管整流或二極管整流。適用的整流電路幾乎都是晶閘管整流或二極管整流。 晶閘管相控整流電路：輸入電流滯后于電壓，且其中諧波分量大，晶閘管相控整流電路：輸入電流滯后于電壓，且其中諧波分量大，因此功率因數(shù)很低。因此功率因數(shù)很低。 二極管整流電路：雖位移因數(shù)接近二極管整流電路：雖位移因數(shù)接近1 1，但輸入電流中諧波分量很大，但輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低。所以功

38、率因數(shù)也很低。 把逆變電路中把逆變電路中SPWMSPWM控制技術(shù)用于整流電路，就構(gòu)成了控制技術(shù)用于整流電路，就構(gòu)成了PWMPWM整流電路。整流電路。 控制控制PWMPWM整流電路，使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同整流電路，使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為相位，功率因數(shù)近似為1 1，也稱單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)，也稱單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器。整流器。第六章第六章 PWM控制技術(shù)控制技術(shù) 小結(jié)小結(jié)vPWMPWM控制技術(shù)的位置控制技術(shù)的位置v在身手域有著廣泛的運(yùn)用，并對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的影響在身手域有著廣泛的運(yùn)用，并對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的影響v器件與器件與PWMPWM技術(shù)的關(guān)系技術(shù)的關(guān)系vIGBTIGBT、電力、電力MOSFETMOSFET等器件的不斷完善為其提供了強(qiáng)大的物質(zhì)根底。等器件的不斷完善為其提供了強(qiáng)大的物質(zhì)根底。vPWMPWM控制技術(shù)用于直流斬波電路控制技術(shù)用于直流斬波電路v直流斬波實(shí)踐上就是直流直流斬波實(shí)踐上就是直流PWMPWM電路，是電路，是PWMPWM運(yùn)用較早也成熟較早的一類電運(yùn)用較早也成熟