电力电子技术_王兆安第五版_第7章

1、第7章 PWM控制技术一一 PWM的基本原理的基本原理二二 PWM控制方式控制方式（1）计算法）计算法（2）调制法）调制法三三 PWM在逆变电路中的应用（电压型）在逆变电路中的应用（电压型）四四 PWM调制方式调制方式结合结合7.1 PWM7.1 PWM的基本理论的基本理论冲量指窄脉冲的面积指环节的输出响应波形基本相同指环节的输出响应波形基本相同思考：利用上理论，如何用一系列方波等效一个正弦波？思考：利用上理论，如何用一系列方波等效一个正弦波？思考：若要改变等效输出正弦波幅值，可采用什么措施？思考：若要改变等效输出正弦波幅值，可采用什么措施？ 按同一比例改变各脉冲宽度即可。按同一比例改变各脉冲

2、宽度即可。Out PWM PWM波形波形若等效为正弦波若等效为正弦波 SPWM SPWM波形波形当然，当然，SPWM波形远不止这一种。波形远不止这一种。输入电源是恒定直流输入电源是恒定直流直流斩波电路直流斩波电路PWMPWM逆变电路逆变电路输入电源是交流或不是恒定的直流输入电源是交流或不是恒定的直流uot基于面积等效原理进行控制，本质是相同的基于面积等效原理进行控制，本质是相同的直流斩波电路直流斩波电路直流波形直流波形SPWM波波正弦波形正弦波形等效成其他所需波形，如等效成其他所需波形，如: :0s5m s10m s15m s20m s25m s30m s-20V0V20Vl黄色：黄色： 所需

3、波形所需波形 红色：等效的红色：等效的PWMPWM波波7.2 7.2 PWM的控制方式及逆变实现的控制方式及逆变实现 控制方式：控制方式：根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。波形。本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。变化时，结果都要变化。一一 计算法计算法二二 调制法调制法方法：方法：*将所希望得到的波形作为将所希望得到的波形作为

4、调制信号调制信号 ur *把接受调制的信号作为把接受调制的信号作为载波载波uc (通常采用三角波）通常采用三角波） *在两波交点时刻控制开关器件的通断，就可以在两波交点时刻控制开关器件的通断，就可以 得到与调制信号得到与调制信号ur波形一致的输出信号。波形一致的输出信号。所以，当调制信号所以，当调制信号ur为正弦波时，自然也就得到为正弦波时，自然也就得到SPWM波形。波形。SPWM单极性单极性SSPWM双极性双极性BSPWM图6-5urucuOtOtuouofuoUd- Ud（1）单极性）单极性SPWM（SSPWM）特点：载波特点：载波u uc c 在在u ur r正半周，都用正极性三角正半周

5、，都用正极性三角波，波， 在负半周都用负极性三角波。在负半周都用负极性三角波。在正半周，在正半周， u ur r 大于大于u uc c时，相应的器件开通，时，相应的器件开通，U U0 0=Ud,=Ud,当当u ur r 小于小于u uc c时，相应的器件关断时，相应的器件关断U U0 0=0=0在负半周，在负半周， u ur r 大于大于u uc c时，相应的器件关断时，相应的器件关断U U0 0=0,=0,当当u ur r 小于小于u uc c时，相应的器件开通，时，相应的器件开通， U U0 0= -Ud= -Ud在调制信号在调制信号u ur r 的半个周期内，三角波的半个周期内，三角波u

6、 uc c只在一只在一个方向上变化，得到的个方向上变化，得到的SPWMSPWM波形也只在一个方波形也只在一个方向上变化，故称之为单极性向上变化，故称之为单极性SPWMSPWM。 单极性单极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形电路的实现：电路的实现：（单相全桥（单相全桥PWM逆变电路）逆变电路） （1）当）当Vr大与大与Vc时，时，根据调制电路分析，器根据调制电路分析，器件是何工作状态？件是何工作状态？ *T1，T4开通，开通，T2，T3关断，关断，U0=Ud（2）当）当Vr小与小与Vc时，时，根据调制电路分析，器根据调制电路分析，器件是何工作状态？件是何工作状态？ *T2，T4开通，开通，T

7、1，T3关断，关断，U0=0（1）当）当Vr大与大与Vc时，时，根据调制电路分析，器根据调制电路分析，器件是何工作状态？件是何工作状态？（2）当）当Vr小与小与Vc时，时，根据调制电路分析，根据调制电路分析，器件是何工作状态？器件是何工作状态？图6-5urucuOtOtuouofuoUd-Ud完整完整 SSPWM电路电路（2 2）双极性）双极性SPWMSPWM（BSPWMBSPWM）图6-6urucuOtOtuouofuoUd- Ud双极性双极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形特点：特点：载波载波Uc在调制波在调制波Ur的正负两个半周期内，都的正负两个半周期内，都在正负两个方向变化，不再单

8、一了。调制波在正负两个方向变化，不再单一了。调制波Ur仍为正弦仍为正弦波。波。在在Uc与与Ur的交点时刻控制各器件的通断。的交点时刻控制各器件的通断。 Ur大于大于 U c时器件开通。时器件开通。输出的输出的SPWM 波形在两个方向变化，故称之为双波形在两个方向变化，故称之为双极性极性SPWM。电路的实现：电路的实现：思考：工作原理？思考：工作原理？l三相三相PWM逆变工作原理逆变工作原理三相桥式三相桥式PWMPWM逆变器主电路原理图逆变器主电路原理图调制电路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2Ud自然采样法自然采样法自然

9、采样法的运算比较复杂；自然采样法的运算比较复杂；规则采样法规则采样法在工程上更实用的简化方法，在工程上更实用的简化方法，由于简化方法的不同，衍生出多种规则采样由于简化方法的不同，衍生出多种规则采样法。法。lSPWM信号的生成方法信号的生成方法软件生成方法软件生成方法规则采样法规则采样法 脉宽时间：脉宽时间：t2=Tc(1+MsintD)/2间隔时间：间隔时间：t1=t3=（Tc-t2）/27.3 PWM7.3 PWM的调制方式（在调制电路中体现）的调制方式（在调制电路中体现）（1）几个基本概念：）几个基本概念： 载波频率：载波频率：fc 调制信号频率：调制信号频率：fr *载波比：载波比：N=

10、fc/fr（即为一个调制周期内所包含的三角即为一个调制周期内所包含的三角 载波载波的个数）的个数） （2）调制方式的分类：）调制方式的分类： 调制信号周期变化时，载波个数不变调制信号周期变化时，载波个数不变同步调制同步调制特点：特点：f fr r变化时，变化时， f fc c也要相应变化。也要相应变化。因为因为N N不变，半个周期内的脉冲数不变，脉冲相位不变，不变，半个周期内的脉冲数不变，脉冲相位不变，正负半周期内的脉冲对称。保证输出波形的对称性。正负半周期内的脉冲对称。保证输出波形的对称性。当当f fr r很低时，很低时，f fc c也很低，相邻两个脉冲之间的间距很大，也很低，相邻两个脉冲之

11、间的间距很大，谐波显著增加，输出发生较大畸变，对负载不利。谐波显著增加，输出发生较大畸变，对负载不利。异步调制异步调制调制信号周期变化时，载波个数改变调制信号周期变化时，载波个数改变（2）调制方式的分类：）调制方式的分类：特点：特点：f fr r变化时，变化时， f fc c不不变化。变化。N N可变，半周期内脉冲数可变，脉冲相位可变，正负半可变，半周期内脉冲数可变，脉冲相位可变，正负半周期内的脉冲数不对称。周期内的脉冲数不对称。当当f fr r高时，高时，N N减少，半周期内脉冲减少，与正弦波差异减少，半周期内脉冲减少，与正弦波差异较大，输出特性变坏。较大，输出特性变坏。分段同步调制分段同步

12、调制（2）调制方式的分类：）调制方式的分类：特点：特点：将将f fr r频率分成若干段，在每段内载波比频率分成若干段，在每段内载波比N N恒定。恒定。f fr r高的频段，高的频段，N N小，这样小，这样f fc c不至于过高，限制在开关器件不至于过高，限制在开关器件允许的范围以内。允许的范围以内。f fr r低的频段，低的频段，N N大，这样大，这样f fc c不至于过低，避免了上述中畸不至于过低，避免了上述中畸变带来的不良影响。变带来的不良影响。各频率段本身的各频率段本身的N N又分别是恒定的。但各段之间的又分别是恒定的。但各段之间的N N是是不一样的。不一样的。同步，异步相结合同步，异步相结合第7章 PWM控制技术小结vPWM在电力电子中的重要性以及其基本理论在电力电子中的重要性以及其基本理论vSPWM的基本分类，各自特性的基本分类，各自特性vSPWM在逆变中的应用，掌握调制电路在在逆变中的应用，掌握调制电路在PWM逆变电路中的关键作用。逆变电路中的关键作用。vPWM的调制方式，各自优缺点。的调制方式，各自优缺点。 思考：思考：（1 1）PWM的基本理论是