WM控制技术介绍讲座

PWM调制技术介绍2010年6月26日吴学智WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第1页!目录PWM控制技术的基本原理PWM控制技术的实现方式PWM控制技术的应用实例总结WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第2页!PWM控制技术的基本原理PWM控制——脉冲宽度调制技术1、目的：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（含形状和幅值），实现波形重组2、应用场合：逆变电路、脉冲整流、矩阵变换器、直流斩波、斩控式交流调压3、PWM技术在逆变电路中的发展最快，主要以逆变电路为主介绍PWM技术WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第3页!PWM控制技术的实现PWM技术的种类1、正弦调制PWM（SPWM）2、优化PWM3、电流控制PWM4、空间矢量调制PWM（SVPWM）WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第4页!PWM控制技术的实现SPWM的实现1、计算法根据基波频率、幅值和调制频率，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔来控制逆变电路开关器件的通断当输出基波波形的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化2、调制法采用调制频率的高频信号作为载波，输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第5页!PWM控制技术的实现三相SPWM的实现1、上管和下管波形互补2、当调制信号大于载波信号时，给上管导通信号，小于时给下管导通信号3、PWM波形只有两种电平，输出线电压三种电平，负载相电压五种电平组成WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第6页!PWM控制技术的实现SPWM的主要谐波成分（共用载波）WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第7页!PWM控制技术的实现SPWM的改进原因：在相电压中加入相同成分，线电压中不体现改进1：加入三次谐波以提高直流电压利用率WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第8页!PWM控制技术的实现优化PWM算法的原理基于某项优化指标，计算出各个开关管在特定开关角度的触发脉冲。优化PWM算法的控制目标消除特定谐波（SHE）、谐波电流最小化、电机转矩和转速脉动最优等优化方式。WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第9页!PWM控制技术的实现特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理确定a1的值，再令两个不同的an=0，就可建三个方程，求得WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第10页!PWM控制技术的实现特定谐波消除PWM（SHEPWM）的实现1、在输出电压半周期内器件通、断各k次，考虑PWM波四分之一周期对称，k个开关时刻可控，除用一个控制基波幅值，可消去k－1个频率的特定谐波2、由于优化算法比较复杂，很难实时实现，所以通常采用查表的方式。WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第11页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的原理电流控制PWM仍为电压型逆变器，并非电流型逆变器1、很多场合要求逆变器输出电流波形，因此直接对输出电流进行闭环控制，可以达到更好的性能。2、通过给定电流与实际输出电流相比较，通过误差值控制功率开关的开关脉冲。3、实现方式包括：次振荡方式、滞环比较方式、预测电流控制方式等。WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第12页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现1、次振荡方式——加入反电势前馈优点：引入反电势信号前馈后可提高动态性能缺点：反电势计算困难WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第13页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现2、滞环电流PWM优点：电流动态响应速度快，鲁棒性好，结构简单，输出电压波形中不含特定频率的谐波缺点：开关频率随着不同的运行状况变化剧烈，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第14页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现2、滞环电流PWM——开关频率恒定改进方式二根据开关频率动态调整滞环宽度，频率升高时增加环宽，反之则降低，使开关频率基本保持不变。WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第15页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现3、同步采样方式优点：开关频率基本恒定，结构简单，鲁棒性强缺点：控制带宽低，由反电势引起的电流变化率不同导致电流波形差WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第16页!PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的原理WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第17页!PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的实现原则1、将逆变器的各个输出状态转换到静止直角坐标系中，形成空间电压矢量分布2、利用相邻的四个输出状态组合合成任意输出电压矢量3、合成的原则是等效作用时间相等。WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第18页!PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的实现——7段式SVPWM：一个周期内从0矢量出发回到0矢量WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第19页!PWM控制技术的实现SVPWM计算的基本步骤的实现原则1、根据所选用的控制方法计算电压矢量2、判断所属扇区，并选择相关的基本矢量并计算其幅值3、计算相关有效基本矢量的作用时间t1、t2和零矢量作用时间t0和t74、按时间序列发出三相PWM信号WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第20页!■PWM控制技术的实现PWM技术研究的热点问题1、死区补偿问题——为防止贯穿短路引入死区时间——死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定——低速、轻载时死区时间会带来较大的影响WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第21页!■PWM控制技术的实现PWM技术研究的热点问题3、PWM技术在多相电机及多重化控制中的应用——可选矢量增加导致选择的难度——结合PWM技术实现输出波形改善——结合PWM技术实现输出功率平衡WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第22页!PWM控制技术的应用实例PWM整流电路的工作原理WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第23页!PWM控制技术的应用实例PWM整流电路的工作原理——直接电流控制：电流滞环控制PWMWM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第24页!总结PWM技术在电力电子技术中应用广泛，并对其影响深远两电平的PWM技术基本已经成熟，多电平及多重化的PWM技术仍需进一步研究由于电流控制PWM的优点，需要进行深入研究由于PWM技术带来的谐波问题需要进行研究WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第25页!PWM控制技术的基本原理PWM控制理论基础1、冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同2、冲量指窄脉冲的面积3、效果基本相同，是指环节的输出响应波形低频段非常接近，仅在高频段略有差异WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第26页!PWM控制技术的基本原理如何实现SPWM1、用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波2、正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等3、用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等4、矩形脉冲宽度按正弦规律变化WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第27页!PWM控制技术的实现三相SPWM的实现WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第28页!PWM控制技术的实现SPWM的数字实现1、自然采样法要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多2、规则采样效果接近自然采样法，计算量小得多WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第29页!PWM控制技术的实现SPWM的特点1、优点：实现简单、输出波形好2、缺点：开关频率比较高、电压利用率低WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第30页!PWM控制技术的实现SPWM的改进改进2：加入电压为的直流分量降低开关频率WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第31页!PWM控制技术的实现特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理1、输出电压波形为四分之一周期对称波形（π/2和π/2对称）2、输出电压半周期内，器件通、断各3次（不包括0和π），共6个开关时刻可控WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第32页!PWM控制技术的实现特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波相互抵消，可考虑消去5次和7次谐波，得如下联立方程：WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第33页!PWM控制技术的实现优化PWM算法的特点1、优点：开关频率低，直流电压利用率高，适用于大功率变流器2、缺点：难实现实时计算，动态特性差，计算精度低WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第34页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现1、次振荡方式优点：实现简单，开关频率恒定缺点：动态性能差，电流具有跟踪误差WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第35页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现2、滞环电流PWMWM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第36页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现2、滞环电流PWM

——开关频率恒定改进方式一根据指令电流的变化率动态地调整滞环宽度，频率升高时增加环宽，反之则降低，使开关频率基本保持不变。WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第37页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现2、滞环电流PWM——开关频率恒定改进方式优点：实现了开关频率基本恒定缺点：需要通过系统参数计算实现，需要在控制快速性、准确性与开关频率间作出协调WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第38页!PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现4、预测电流控制方式根据变流器的数学模型，由给定电流和实际电流的误差计算得到所需输出的电压，再由其他方式生成所需要的输出电压优点：输出电流波形好，开关频率恒定缺点：需要精确的变流器数学模型，算法非常复杂，计算量很大WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第39页!PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的实现状态01234567Sa01010101Sb00110011Sc00001111WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第40页!PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的实现——4段式SVPWM：本周期从0矢量出发到7矢量；下个周期再7矢量出发到0矢量。WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第41页!PWM控制技术的实现SVPWM的实现——空间电压矢量的计算：基于非正交基底（相邻两个基本电压矢量）的计算WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第42页!PWM控制技术的实现SVPWM算法的特点1、优点：直流电压利用率高、动态特性好、软件实现方便、与控制算法良好的接口2、缺点：计算量稍大WM控制技术介绍讲座共48页，您现在浏览的是第43页!■PWM控制技术的实现PWM技术研究的热点问题2、PWM技术在多电平逆变器中的应用——可选矢量增加导致选择的难度——结合PWM技