第6章PWM控制技术综述

1、第第6 6章章 PWMPWM控制技术控制技术 6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 6.2 PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 6.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术 6.4 PWM整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法 本章小结本章小结电力电子技术电力电子技术22022-3-28The most widely used control techniquein power electronics电力电子技术电力电子技术32022-3-28引言引言PWM（Pulse Width Modulation）控制就控制就是是脉宽调制技术脉宽调制技术，即通过对一系列脉冲的，即通过对一系

2、列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。（含形状和幅值）。 2022-3-28电力电子技术电力电子技术42022-3-28引言引言PWM（Pulse Width Modulation）控制就控制就是是脉宽调制技术脉宽调制技术，即通过对一系列脉冲的，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。（含形状和幅值）。 2022-3-28直流斩波中直流斩波中使用使用PWM控制控制电力电子技术电力电子技术52022-3-28引言引言PWM控制技术在控制技术在逆变逆变电路中的应用最为电

3、路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，现广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路型逆变电路。 2022-3-28PWM（Pulse Width Modulation）控制就控制就是是脉宽调制技术脉宽调制技术，即通过对一系列脉冲的，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。（含形状和幅值）。 电力电子技术电力电子技术62022-3-28图图5-8 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 将将两个电流可逆斩波电

4、路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，使电动机可以使电动机可以4象限象限运行。运行。 工作过程工作过程 V4导通时，等效为一组电流可逆斩波电路，提供导通时，等效为一组电流可逆斩波电路，提供正电压正电压，可使电动机，可使电动机工作于工作于第第1、2象限象限。 V2导通时，导通时，V3、VD3和和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供动机提供负电压负电压，可使电动机工作于，可使电动机工作于第第3、4象限象限。回顾：回顾：电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路电力电子技术电力电子技术720

5、22-3-28图图5-8 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 将将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，使电动机可以使电动机可以4象限象限运行。运行。 工作过程工作过程 V4导通时，等效为图导通时，等效为图5-7a所示的电流可逆斩波电路，提供所示的电流可逆斩波电路，提供正电压正电压，可使，可使电动机工作于电动机工作于第第1、2象限象限。 V2导通时，导通时，V3、VD3和和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供动机提供负电压负电

6、压，可使电动机工作于，可使电动机工作于第第3、4象限象限。亦可由此电路进行亦可由此电路进行DC-AC双向变换双向变换交流负载或电网交流负载或电网回顾：回顾：4.2.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路第第6 6章章 PWMPWM控制技术控制技术 6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 6.2 PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 6.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术 6.4 PWM整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法 本章小结本章小结电力电子技术电力电子技术92022-3-28重要理论基础重要理论基础面积等效原理面积等效原理 The equal-area theorem冲量

7、相等冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其上时，其效果基本相同效果基本相同。d)d)单位脉冲函数单位脉冲函数f f ( (t t) )d d ( (t t) )t tO Oa)a)矩形脉冲矩形脉冲b)b)三角形脉冲三角形脉冲c)c)正弦半波脉冲正弦半波脉冲t tO Ot tO Ot tO Of f ( (t t) )f f ( (t t) )f f ( (t t) )6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理电力电子技术电力电子技术102022-3-286.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理面积等效原理面积等效原理如果把各输出波形用傅里叶变

8、换分析，则其低如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。频段非常接近，仅在高频段略有差异。 实例实例 将冲量相同的脉冲作为输入，加在如图所将冲量相同的脉冲作为输入，加在如图所示的示的R-L电路电路上，设其电流上，设其电流i(t)为电路的输出，为电路的输出，可以获得不同窄脉冲时可以获得不同窄脉冲时i(t)的响应波形。的响应波形。 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 电力电子技术电力电子技术112022-3-28OutSPWM波波Out如何用一系列如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅

9、不等宽的脉冲来代替一个正弦半波来代替一个正弦半波Out6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理电力电子技术电力电子技术122022-3-28若要改变等效输出正弦波幅值，若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即按同一比例改变各脉冲宽度即可。可。SPWM波波Out如何用一系列如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波来代替一个正弦半波OutOut6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理电力电子技术电力电子技术132022-3-28OwtUd-Ud 负半周可采取同样方法，得到负半周可采取同样方法，得到PWMPWM波形：波形：6.1 PWM控制的基本原理控制的基本

10、原理单极性单极性PWM控制方式控制方式电力电子技术电力电子技术142022-3-28OwtUd-Ud 另外一种等效方式另外一种等效方式6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理双极性双极性PWM控制方式控制方式电力电子技术电力电子技术152022-3-28直流斩波电路直流斩波电路 直流波形直流波形SPWMSPWM波波 正弦波形正弦波形PWMPWM电流波：电流波：电流型逆变电路进行电流型逆变电路进行PWMPWM控制，得到的就是控制，得到的就是PWMPWM电流波。电流波。PWMPWM波可等效的各种波形波可等效的各种波形l 所需波形所需波形 l 等效的等效的PWMPWM波波0s5m s10m s15

11、m s20m s25m s30m s-20V0V20V等效成其他所需波形，如等效成其他所需波形，如: :6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理第第6 6章章 PWMPWM控制技术控制技术 6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 6.2 PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 6.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术 6.4 PWM整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法 本章小结本章小结电力电子技术电力电子技术172022-3-28PWM逆变电路普通逆变电路的缺点：普通逆变电路的缺点：1 1）输出波形中含有较多的谐波，对负载不利；）输出波形中含有较多的谐波，对负载不利；2 2）输

12、入电流谐波含量大，功率因数低；）输入电流谐波含量大，功率因数低；3 3）电压调节困难，响应较慢。）电压调节困难，响应较慢。tOtOuUNuUVUdUd32 Ud3电力电子技术电力电子技术182022-3-28PWM逆变电路实际的逆变电路基本都采用实际的逆变电路基本都采用PWMPWM控制方式。控制方式。PWMPWM控制方式也正是由于在逆变电路中的成功应用，才控制方式也正是由于在逆变电路中的成功应用，才在电力电子装置中得到了广泛应用。在电力电子装置中得到了广泛应用。电力电子技术电力电子技术192022-3-286.2 PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 6.2.1 6.2.1 计算法和

13、调制法计算法和调制法 6.2.2 6.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 6.2.3 6.2.3 规则采样法规则采样法 电力电子技术电力电子技术202022-3-286.2.1 6.2.1 计算法和调制法计算法和调制法计算法计算法 根据逆变电路的根据逆变电路的正弦波输出频率正弦波输出频率、幅值幅值和半个周期内和半个周期内的的脉冲数脉冲数，将，将PWM波形中各脉冲的波形中各脉冲的宽度宽度和和间隔间隔准确准确计算出来，据此控制逆变电路中各开关器件的通断，计算出来，据此控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的就可以得到所需要的PWM波形。波形。特点特点 繁琐，当需要输出的正弦波的

14、频率、幅值或相位变化繁琐，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。时，结果都要变化。 电力电子技术电力电子技术212022-3-28 计算法的实用方法：计算法的实用方法：特定谐波消去法特定谐波消去法规则采样法规则采样法6.2.1 6.2.1 计算法计算法电力电子技术电力电子技术222022-3-28特定谐波消去法特定谐波消去法 (Selected Harmonic Elimination PWMSHEPWM)计算法中一种较有代表性的计算法中一种较有代表性的方法。方法。输出电压半周期内，器件通、输出电压半周期内，器件通、断各断各3 3次（不包括次（不包括0 0和和），），共共6

15、 6个开关时刻可控。个开关时刻可控。为减少谐波并简化控制，要为减少谐波并简化控制，要尽量使波形对称。尽量使波形对称。O Ow w t tu uo oU Ud d- -U Ud d2 2p pp pa a1 1a a2 2a a3 36.2.1 6.2.1 计算法计算法电力电子技术电力电子技术232022-3-28为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜对称，即为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜对称，即)()(wwtutu为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期内前后为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期内前后1/4周期周期以以/2为轴线对称为轴线对称 )()(tutuww同时满足上两个条件的波形称

16、为四分之一周期对称波形，同时满足上两个条件的波形称为四分之一周期对称波形，用傅里叶级数表示为用傅里叶级数表示为 式中，式中，an为为, 5 , 3 , 1sin)(nntnatuww20dsin)(4wwwttntuan6.2.1 6.2.1 计算法计算法特定谐波消去法特定谐波消去法 电力电子技术电力电子技术242022-3-28能独立控制能独立控制 1、 2和和 3共共3个时刻。该波形的个时刻。该波形的an为为 式中式中n=1,3,5,)cos2cos2cos21(2d)sin2(dsin2d)sin2(dsin2432120332211wwwwwwwwnnnnUttnUttnUttnUtt

17、nUadddddn确定确定a1的值，再令两个不同的值，再令两个不同的的an=0 (n=1,3,5)，就可建，就可建三个方程，求得三个方程，求得 1、 2和和 3，即可消除两种特定频率的谐即可消除两种特定频率的谐波。波。O Ow w t tu uo oU Ud d- -U Ud d2 2p pp pa a1 1a a2 2a a3 36.2.1 6.2.1 计算法计算法特定谐波消去法特定谐波消去法 电力电子技术电力电子技术252022-3-28消去两种特定频率的谐波消去两种特定频率的谐波在三相对称电路的线电压中，相电压所含的在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3 3次谐次谐波相互抵消。波相互抵

18、消。可考虑消去可考虑消去5 5次和次和7 7次谐波，得如下联立方程：次谐波，得如下联立方程：给定给定a1，解方程可得，解方程可得 1、 2和和 3。a1变，变， 1、 2和和 3也相应改变。也相应改变。0)7cos27cos27cos21(720)5cos25cos25cos21(52)cos2cos2cos21(2321d7321d5321d1UaUaUa6.2.1 6.2.1 计算法计算法特定谐波消去法特定谐波消去法 电力电子技术电力电子技术262022-3-28 如果在输出电压半周期内，器件通、断各如果在输出电压半周期内，器件通、断各k次，考虑次，考虑到到PWM波四分之一周期对称，波四分

19、之一周期对称，k个开关时刻可控，个开关时刻可控，除用一个自由度控制基波幅值外，可消去除用一个自由度控制基波幅值外，可消去k1个频个频率的特定谐波。率的特定谐波。 k的取值越大，开关时刻的计算越复杂的取值越大，开关时刻的计算越复杂。6.2.1 6.2.1 计算法计算法特定谐波消去法特定谐波消去法 电力电子技术电力电子技术272022-3-28ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d图图7-12 规则采样法规则采样法 在正弦波和三角波的自然在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件交点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成的通断，这种生成SPWM波波形的方法称为形的方法称为

20、自然采样法自然采样法。 规则采样法规则采样法 是一种应用较广的是一种应用较广的工程工程实用方法实用方法，其效果接近自然，其效果接近自然采样法，但计算量却比自然采样法，但计算量却比自然采样法小得多。采样法小得多。 6.2.1 6.2.1 计算法计算法规则采样法规则采样法 电力电子技术电力电子技术282022-3-28ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d图图7-12 规则采样法规则采样法 方法说明方法说明取三角波两个正峰值之间为一个采样周取三角波两个正峰值之间为一个采样周期期Tc，使每个脉冲的中点都以相应的，使每个脉冲的中点都以相应的三角波中点（即负峰点）为对称。三角波中

21、点（即负峰点）为对称。在三角波的负峰时刻在三角波的负峰时刻tD对正弦信号波采对正弦信号波采样而得到样而得到D点，过点，过D点作一水平直线和点作一水平直线和三角波分别交于三角波分别交于A点和点和B点，在点，在A点时点时刻刻tA和和B点时刻点时刻tB控制功率开关器件的控制功率开关器件的通断。通断。 可以看出，用这种规则采样法得到的可以看出，用这种规则采样法得到的脉脉冲宽度冲宽度d d和用自然采样法得到的脉冲宽和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。度非常接近。 6.2.1 6.2.1 计算法计算法规则采样法规则采样法 电力电子技术电力电子技术292022-3-286.2.1 6.2.1 调制法调制法

22、调制法调制法 把希望输出的波形作为把希望输出的波形作为调制波调制波，把接受调制的信号作为，把接受调制的信号作为载波载波，通过载波对调制波的调制得到所期望的，通过载波对调制波的调制得到所期望的PWM波形。波形。 通常采用通常采用等腰三角波等腰三角波或或锯齿波锯齿波作为载波，其中等腰三角作为载波，其中等腰三角波应用最多。波应用最多。 urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud各种各种DC-DC, DC-AC, AC-DC均适用均适用适用于适用于DC-DC变换电路变换电路电力电子技术电力电子技术302022-3-286.2.1 6.2.1 调制法调制法调制法调制法 把希望输出的波形把希望输出的波

23、形（如（如正弦波正弦波）作为作为调制波调制波，把接受调制的，把接受调制的信号作为信号作为载波载波，通过调制波对载波的调制得到所期望的，通过调制波对载波的调制得到所期望的PWM波形。波形。 载波通常采用载波通常采用等腰三角波等腰三角波或或锯齿波锯齿波。 urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud等腰三角波上任一点的水平宽等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化称，当它与任何一个平缓变化的调制波相交时，如果在交点的调制波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到进行控制，就可以得到宽

24、度正宽度正比于调制波幅值的脉冲比于调制波幅值的脉冲，正好，正好符合符合PWM控制的要求。控制的要求。电力电子技术电力电子技术312022-3-286.2.1 6.2.1 调制法调制法思考：思考：如何产生三角载波和正弦调制波？如何产生三角载波和正弦调制波？ l可用可用模拟电路模拟电路构成三角载波和正弦调制波发生电路，构成三角载波和正弦调制波发生电路，用用比较器比较器来确定它们的交点，在交点时刻对功率开来确定它们的交点，在交点时刻对功率开关器件进行控制，从而得到关器件进行控制，从而得到SPWMSPWM波形。波形。l当输出正弦波的频率、幅值和相位发生变化，调制当输出正弦波的频率、幅值和相位发生变化，

25、调制时刻随之改变，控制方便，无需进行大量数学运算。时刻随之改变，控制方便，无需进行大量数学运算。l可用可用数控芯片数控芯片生成生成SPWMSPWM波形，如单片机、波形，如单片机、DSP(DSP(数字数字信号处理器信号处理器) )等。等。电力电子技术电力电子技术322022-3-28根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为调制方式分为异步调制异步调制和和同步调制同步调制。载波比载波比载波频率载波频率fc与调制信号频率与调制信号频率fr之比，之比，N= fc / fr。1） 异步调制异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式。载波信

26、号和调制信号不同步的调制方式。2） 同步调制同步调制载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。等于常数。异步调制和同步调制异步调制和同步调制电力电子技术电力电子技术332022-3-28异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制异步调制 通常保持载波频率通常保持载波频率fc固定不变固定不变，因而当信号波频率，因而当信号波频率fr变变化化时，载波比时，载波比N是变化的是变化的。 在信号波的半个周期内，在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，波的脉冲个数不固定，相位也不固定，

27、正负半周期的脉冲不对称，半周期内相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后前后1/4周期的脉冲也不对称。周期的脉冲也不对称。 当当fr较低较低时，时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小，称产生的不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。波形接近正弦波。 当当fr增高增高时，时，N减小，一周期内的脉冲数减少，减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，输出脉冲不对称的影响就变大，输出PWM波和正弦波的波和正弦波的差异变大。差异变大。 在采用异步调制方式时，希望采用在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率较高的载波频率

28、，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。 电力电子技术电力电子技术342022-3-282） 同步调制同步调制基本同步调制方式，基本同步调制方式，fr变变化时化时N不变不变，信号波一周，信号波一周期内输出脉冲数固定。期内输出脉冲数固定。三相电路中公用一个三角三相电路中公用一个三角波载波，且取波载波，且取N为为3的整数的整数倍，使三相输出对称。倍，使三相输出对称。为使一相的为使一相的PWM波正负波正负半周镜对称，半周镜对称，N应取奇数。应取奇数。fr很低时，很低时，fc也很低，由调也很低，由调制带来的谐波不易滤除。制带来的谐波不易滤除。fr很高时

29、，很高时，fc会过高，使开会过高，使开关器件难以承受。关器件难以承受。异步调制和同步调制异步调制和同步调制电力电子技术电力电子技术352022-3-28异步调制和同步调制异步调制和同步调制图图7-11 分段同步调制方式举例分段同步调制方式举例 分段同步调制分段同步调制 把把fr范围划分成若干个频段，每个频范围划分成若干个频段，每个频段内都保持载波比段内都保持载波比N为恒定，不同频为恒定，不同频段的载波比不同。段的载波比不同。 在在fr高高的频段采用的频段采用较低的载波比较低的载波比，以，以使使fc不致过高，限制在功率开关器件不致过高，限制在功率开关器件允许的范围内。允许的范围内。 在在fr低的

30、频段采用低的频段采用较高的载波比较高的载波比，以，以使使fc不致过低而对负载产生不利影响。不致过低而对负载产生不利影响。 为了防止为了防止fc在切换点附近的来回跳动，在切换点附近的来回跳动，在各频率切换点采用了在各频率切换点采用了滞后切换滞后切换的方的方法。法。 有的装置在低频输出时采用异步调制有的装置在低频输出时采用异步调制方式，而在高频输出时切换到同步调方式，而在高频输出时切换到同步调制方式，这样可以把两者的优点结合制方式，这样可以把两者的优点结合起来，和分段同步方式的效果接近。起来，和分段同步方式的效果接近。 实线表示实线表示输出频率输出频率增高时的增高时的切换频率切换频率虚线表示虚线表

31、示输出频率输出频率降低时的降低时的切换频率切换频率 电力电子技术电力电子技术362022-3-286.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路滞环比较方式电流跟踪控制举例滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滞环比较方式的指令电流和输出电流滞环比较方式的指令电流和输出电流 滞环比较方式（滞环比较方式（跟踪法跟踪法） 电流跟踪控制电流跟踪控制应用最多。应用最多。 PWM电流跟踪控制单相电流跟踪控制单相半桥式逆变电路半桥式逆变电路 把把指令电流指令电流i*和和实际输实际输出电流出电流i的偏差的偏差i*-i作为带作为带有滞环特性的比较器的有滞环特性的比较器的输入，通过其输

32、出来控输入，通过其输出来控制功率器件制功率器件V1和和V2的通的通断。断。电抗器电抗器电力电子技术电力电子技术372022-3-28滞环比较方式电流跟踪控制举例滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滞环比较方式的指令电流和输出电流滞环比较方式的指令电流和输出电流 电抗器电抗器影响跟踪性能的参数：滞环的环影响跟踪性能的参数：滞环的环宽宽I，电抗器，电抗器L的大小。的大小。 当环宽过宽，则开关频率低，当环宽过宽，则开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。损耗增大。L大时，大时，

33、i的变化率小，跟踪慢；的变化率小，跟踪慢；L小时，小时，i的变化率大，开关频率的变化率大，开关频率过高。过高。6.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术382022-3-28滞环比较方式电流跟踪控制举例滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滞环比较方式的指令电流和输出电流滞环比较方式的指令电流和输出电流 电抗器电抗器可跟踪任意波形，硬件电路简单，可跟踪任意波形，硬件电路简单，实时控制，电流响应快，但和计实时控制，电流响应快，但和计算法及调制法相比，开关频率不算法及调制法相比，开关频率不固定，输出滤波较困难。固定，输出滤波较困难。 控制特点：

34、控制特点：6.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术392022-3-286.2.2 6.2.2 单相单相SPWMSPWM逆变电路逆变电路图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 单相桥式单相桥式PWM逆变电路（逆变电路（调制法调制法） 电路工作过程电路工作过程 工作时工作时V1和和V2通断互补通断互补，V3和和V4通断也互补。通断也互补。 在在uo正半周，正半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通断。交替通断。阻感负载阻感负载电力电子技术电力电子技术402022-3-28单相桥式单相桥式PWM逆变电路（逆变电路（调制法调制法） 电路工作过程

35、电路工作过程 工作时工作时V1和和V2通断互补通断互补，V3和和V4通断也互补。通断也互补。 在在uo正半周，正半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通断。交替通断。负负载电压载电压uo总可以得到总可以得到Ud和零两种电平。和零两种电平。 在在uo负半周，负半周，V2导通，导通，V1关断，关断，V3和和V4交替通断，负交替通断，负载电压载电压uo可以得到可以得到-Ud和和零零两种电平。两种电平。 6.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术412022-3-28图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 单相桥式单相桥式PWM逆变电路（逆变电路（

36、调制法调制法） 电路工作过程电路工作过程 工作时工作时V1和和V2通断互补通断互补，V3和和V4通断也互补。通断也互补。 在在uo正半周，正半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通断。交替通断。lV1,V4导通导通lio 0lV1负载负载V4luo = Ud16.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术422022-3-28图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 单相桥式单相桥式PWM逆变电路（逆变电路（调制法调制法） 电路工作过程电路工作过程 工作时工作时V1和和V2通断互补通断互补，V3和和V4通断也互补。通断也互补。 在在uo正半周，正

37、半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通断。交替通断。lV1,V3导通导通lio 0lV1负载负载VD3luo = 026.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术432022-3-28图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 单相桥式单相桥式PWM逆变电路（逆变电路（调制法调制法） 电路工作过程电路工作过程 工作时工作时V1和和V2通断互补通断互补，V3和和V4通断也互补。通断也互补。 在在uo正半周，正半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通断。交替通断。lV1,V4导通导通lio 0lVD4负载负载VD1luo = Ud3

38、6.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术442022-3-28图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 单相桥式单相桥式PWM逆变电路（逆变电路（调制法调制法） 电路工作过程电路工作过程 工作时工作时V1和和V2通断互补通断互补，V3和和V4通断也互补。通断也互补。 在在uo正半周，正半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通断。交替通断。lV1,V3导通导通lio uc时，时，V2和和V3关关断，这时如断，这时如io0，则，则V1和和V4通，如通，如iouc时，时，V2和和V3关关断，这时如断，这时如io0，则，则V1和和V4通，如通，如i

39、o0，则，则VD1和和VD4通，通，不管哪种情况都是不管哪种情况都是uo=Ud。26.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术492022-3-28urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 图图7-6 双极性双极性PWM控制方式波形控制方式波形 双极性双极性PWM控制方式控制方式 V1和和V4同时导通和关断，同时导通和关断， V2和和V3同时导通和关断。同时导通和关断。 V1、V4和和V2、V3互补。互补。 当当uruc时，时，V2和和V3导通，导通，V1和和V4关断，这时如关断，这时如io0，则，则VD2和和VD

40、3通，不管哪种情况通，不管哪种情况都是都是uo=-Ud。 36.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术502022-3-28urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 图图7-6 双极性双极性PWM控制方式波形控制方式波形 4双极性双极性PWM控制方式控制方式 V1和和V4同时导通和关断，同时导通和关断， V2和和V3同时导通和关断。同时导通和关断。 V1、V4和和V2、V3互补。互补。 当当uruc时，时，V2和和V3导通，导通，V1和和V4关断，这时如关断，这时如io0，则，则VD2和和VD3通，不管哪种情况通

41、，不管哪种情况都是都是uo=-Ud。 6.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术512022-3-28urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 图图7-6 双极性双极性PWM控制方式波形控制方式波形 双极性双极性PWM控制方式控制方式 在在ur的半个周期内，三的半个周期内，三角波载波有正有负，所得的角波载波有正有负，所得的PWM波也是有正有负，在波也是有正有负，在ur的一个周期内，输出的的一个周期内，输出的PWM波只有波只有Ud两种电平。两种电平。6.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技

42、术522022-3-28 单相桥式电路单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不同，它由于对开关器件通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。们的输出波形也有较大的差别。半桥电路半桥电路只能采用双只能采用双极性调制。极性调制。6.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术532022-3-28 防直通的防直通的死区时间死区时间同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加关断信号的通而造成短路，留一小段上下臂都

43、施加关断信号的死区时间。死区时间。死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定。死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定。死区时间会给输出的死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。离正弦波。6.2.2 单相单相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术542022-3-28图图7-7 三相桥式三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路 图图7-8 三相桥式三相桥式PWM逆变电路波形逆变电路波形 三相桥式三相桥式PWM逆变电路（调制法）逆变电路（调制法） 采用双极性控制方式。采用双极性控制方式。 U、V和和W三相的三相的PWM控制通常公控制通常公用一个三角波载

44、波用一个三角波载波uc，三相的调制信号，三相的调制信号urU、urV和和urW依次相差依次相差120。6.2.3 三相三相SPWM逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术552022-3-28电路工作过程（电路工作过程（U相为例）相为例） V1和和V4的驱动信号始终是互补的。的驱动信号始终是互补的。 当给当给V1(V4)加导通信号时，可能是加导通信号时，可能是V1( V4) 导 通 ， 也 可 能 是 二 极 管导 通 ， 也 可 能 是 二 极 管VD1(VD4)续流导通，这要由阻感负载续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。中电流的方向来决定。 uUN、uVN和和uWN的的PWM波形都

45、只波形都只有有Ud/2两种电平。两种电平。 图图7-7 三相桥式三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路 图图7-8 三相桥式三相桥式PWM逆变电路波形逆变电路波形 6.2.3 三相三相SPWM逆变电路逆变电路第第6 6章章 PWMPWM控制技术控制技术 6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 6.2 PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 6.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术 6.4 PWM整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法 本章小结本章小结电力电子技术电力电子技术572022-3-28 把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信

46、号，通过作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较两者的瞬时值比较来决定来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。踪指令信号变化。 常用的有常用的有滞环比较滞环比较方式和方式和三角波比较三角波比较方式方式。 闭环控制，响应快，精度高。闭环控制，响应快，精度高。跟踪法电力电子技术电力电子技术582022-3-286.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术 6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式 6.3.2 三角波比较方式三角波比较方式电力电子技术电力电子技术592022-3-28滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滞环比

47、较方式的指令电流和输出电流 滞环比较方式 电流跟踪控制应用最多。 把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*-i作为带有滞环特性的比较器的输入，通过其输出来控制功率器件V1和V2的通断。 电抗器 6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式电力电子技术电力电子技术602022-3-28滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滞环比较方式的指令电流和输出电流 电抗器影响跟踪性能的参数：滞环的环宽I，电抗器L的大小。 当环宽过宽，则开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。L大时，i的变化率小，跟踪慢；L小时，i的变化率大，开关频率过高。 6.3

48、.1 滞环比较方式滞环比较方式电力电子技术电力电子技术612022-3-28滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滞环比较方式的指令电流和输出电流 电抗器可跟踪任意波形，硬件电路简单，实时控制，电流响应快，但和计算法及调制法相比，开关频率不固定，输出滤波较困难。 控制特点： 6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式电力电子技术电力电子技术622022-3-286.3.2 三角波比较方式三角波比较方式三角波比较方式电流跟踪型逆变电路三角波比较方式电流跟踪型逆变电路 三角波比较方式三角波比较方式 把指令电流把指令电流i*U、i*V和和i*W和和逆变电路实际输出的电流逆变电路

49、实际输出的电流iU、iV、iW进行比较，求出偏差电流，进行比较，求出偏差电流，通过通过放大器放大器A放大后，再去和放大后，再去和三角波进行比较，产生三角波进行比较，产生PWM波波形。形。 放大器放大器A通常具有通常具有比例积分比例积分特性或比例特性特性或比例特性，其系数直接，其系数直接影响着逆变电路的电流跟踪特影响着逆变电路的电流跟踪特性。性。电力电子技术电力电子技术632022-3-286.3.2 三角波比较方式三角波比较方式三角波比较方式电流跟踪型逆变电路三角波比较方式电流跟踪型逆变电路 开关频率开关频率固定固定，等于载波，等于载波频率，频率，高频滤波器高频滤波器设计方便。设计方便。 和滞环比较控制方式相比，和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流这种控制方式