PWM电路-PWM逆变电路及其控制方法（电力电子技术课件）

电力电子技术PWM的分段同步调制

结合7.2.4PWM的的分段同步调制分段同步调制异步调制同步调制为有效克服上述同步、异步调制存在的缺点，将异步和同步两种调制方法结合起来，使在整个频率范围内是异步的，但在一定频段内又是同步的，这就是分段同步调制。分段同步调制是把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，不同频段采用不同的载波比，每个频段内保持载波比K为恒值。分段同步调制结合分段同步调制异步调制同步调制在输出频率高的频段采用较低的载波比，以使载波频率不致过高，并限制在功率开关器件允许的范围内。在输出频率低的频段采用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。在三相PWM逆变电路中，为保证输出三相电压严格对称，通常采用三个相位互差120o

的正弦调制波并共用一个三角形载波，各频段的载波比取3的整数倍。同时还应使载波比为奇数，以保证每一相的PWM波正负半周镜对称。分段同步调制是把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，不同频段采用不同的载波比，每个频段内保持载波比K为恒值。7.2.4PWM的的分段同步调制电力电子技术PWM的异步调制和同步调制

7.2.4PWM的异步调制和同步调制PWM调制方式分类（根据载波比是否为常数,及载波和调制信号波是否同步变化等情况）异步调制同步调制通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比K是变化的在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称当fr较低时，K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当fr增高时，K减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大载波信号和调制信号不同步的调制方式7.2.4PWM的异步调制和同步调制PWM调制方式分类（根据载波比是否为常数,及载波和调制信号波是否同步变化等情况）异步调制同步调制基本同步调制方式，fr变化时载波比K不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相电路中公用一个三角波载波，且取K为3的整数倍，使三相输出对称。为使一相的PWM波正负半周镜对称，K应取奇数。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。载波信号和调制信号不同步的调制方式。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K等于常数。图

同步调制三相PWM波形电力电子技术单相桥式PWM逆变电路

7.2.2单相桥式PWM逆变电路图单相桥式PWM逆变电路工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。以uo正半周为例，V1通，V2断，V3和V4交替通断。负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud。结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法说明调制法的应用工作原理图单极性SPWM控制方式的电路及波形7.2.2单相桥式PWM逆变电路图

单相桥式PWM逆变电路V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0负载电流为负的区间，V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud。V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。uo总可得到Ud和零两种电平。uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。图单极性SPWM控制方式的电路及波形电力电子技术双极性PWM控制方式

7.2.3双极性PWM控制方式图单相桥式PWM逆变电路工作原理2双极性PWM控制方式图

双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud和单极性SPWM控制方式相对应的是双极性控制方式。其控制和输出波形如图所示。其中ur为正弦调制波，uc为三角形载波。但uc的波形与单极性时有明显的不同，在ur的半个周期内，三角波载波不再是单极性的，而是有正有负的双极性三角波。图单相桥式PWM逆变电路工作原理双极性PWM控制方式双极性调制方式在ur的正、负半周控制规律相同。当ur＞uc时，同时给V1

和V4

导通信号，给V2

和V3

关断信号，此时若io>0，则V1

和V4

导通，若io<0，则VDl

和VD4

导通，两种情况下输出电压均为+Ud；当ur＜uc

时，给V2

和V3

导通信号，给Vl和V4

关断信号，若此时io<0，则V2

和V3

导通，若io>0，则VD2

和VD3

导通，两种情况下输出电压uo

均为-Ud。可见，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有±Ud

两种电平，而不再出现单极性控制时的零电平状态。主电路的输出电压uo

波形如图所示，其幅值只有+Ud、-Ud

两种。Uof为输出的基波波形，形状与正弦调制波相同。图

双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud7.2.3双极性PWM控制方式图

双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图

单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud

对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，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。7.2.3双极性PWM控制方式电力电子技术单极性PWM控制方式

7.2.2单极性PWM控制方式图单相桥式PWM逆变电路工作原理1单极性PWM控制方式调制信号Ur为正弦波，载波Uc

在Ur的正半周为正极性的三角波，在Ur的负半周为负极性的三角波。在Ur和Uc的交点时刻控制IGBT的通断。图

单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图单相桥式PWM逆变电路工作原理单极性PWM控制方式在Ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态，当Ur>Uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud;

当Ur<Uc时使V4关断，V3导通，uo=0。在Ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，

当Ur<Uc时使V3导通，V4关断，uo=-Ud;当Ur>Uc时使V3关断，V4导通，uo=O。这样，就得到了SPWM波形uo。图中的虚线Uof表示uo中的基波分量。像这种在Ur的半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的PWM波形也只在单个极性范围变化的控制方式称为单极性PWM控制方式。图

单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud7.2.2单极性PWM控制方式电力电子技术PWM波的获取方法

如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。计算法是很繁琐的，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。计算法7.2.1PWM波的获取方法PWM波的获取方法通常有两种：计算法、调制法OwtUd-Ud图PWM波与计算法相对应的是调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多。因为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称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时．如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形，这种情况应用最广。当调制信号不是正弦波，而是其他所需要的波形时，也能得到与之等效的PWM波。调制法7.2.1PWM波的获取方法图三角波调制的PWM波原理图电力电子技术PWM主要参数

7.2.3PWM主要参数PWM的主要参数为：调制比M和载波比K如果设正弦调制波电压的幅值为Urm，三角形载波电压的幅值为Ucm，则调制比M为在图(a)中的0～π区间，三角形载波uc幅值不变，正弦调制波ur幅值增大时，即改变M，输出电压uo的脉冲宽度将相应变宽，即等效输出基波Uo1幅值增大。当正弦调制波ur幅值减小时，输出电压uo的脉冲宽度相应减小，即等效输出基波电压uo1幅值减小，所以改变调制比M可以改变输出电压基波的幅值。同理，改变正弦调制波的频率，可以改变输出电压uo的基波频率。调制比M

图

双极性SPWM波形7.2.3PWM主要参数PWM的主要参数为：调制比M和载波比K设正弦调制波的频率为fr，三角波的频率为fc，则载波比为载波比K将决定每个调制波周期中，输出SPWM脉冲的个数。如图所示波形中，fc／fr=14，每半个调制波周期输出7个SPWM脉冲。而且K值越高，SPWM脉冲个数越多，越接近理想正弦波。载波比K

图

单极性SPWM波形电力电子技术PWM逆变电路计算法与调制法

如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。计算法是很繁琐的，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。计算法一PWM逆变电路计算法与调制法一PWM逆变电路计算法与调制法与计算法相对应的是调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多。因为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称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时．如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形，这种情况应用最广。当调制信号不是正弦波，而是其他所需要的波形时，也能得到与之等效的PWM波。调制法二

单相桥式PWM逆变电路工作原理图单相桥式PWM逆变电路工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。以uo正半周为例，V1通，V2断，V3和V4交替通断。负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud。结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明调制法的应用工作原理图

单相桥式PWM逆变电路V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0负载电流为负的区间，V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud。V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。uo总可得到Ud和零两种电平。uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。二

单相桥式PWM逆变电路工作原理图单相桥式PWM逆变电路工作原理1单极性PWM控制方式调制信号Ur为正弦波，载波Uc

在Ur的正半周为正极性的三角波，在Ur的负半周为负极性的三角波。在Ur和Uc的交点时刻控制IGBT的通断。图

单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud二

单相桥式PWM逆变电路工作原理图单相桥式PWM逆变电路工作原理单极性PWM控制方式在Ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态，当Ur>Uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud;

当Ur<Uc时使V4关断，V3导通，uo=0。在Ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，

当Ur<Uc时使V3导通，V4关断，uo=-Ud;当Ur>Uc时使V3关断，V4导通，uo=O。这样，就得到了SPWM波形uo。图中的虚线Uof表示uo中的基波分量。像这种在Ur的半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的PWM波形也只在单个极性范围变化的控制方式称为单极性PWM控制方式。图

单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud二

单相桥式PWM逆变电路工作原理图单相桥式PWM逆变电路工作原理2双极性PWM控制方式图

双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud和单极性SPWM控制方式相对应的是双极性控制方式。其控制和输出波形如图所示。其中ur为正弦调制波，uc为三角形载波。但uc的波形与单极性时有明显的不同，在ur的半个周期内，三角波载波不再是单极性的，而是有正有负的双极性三角波。二

单相桥式PWM逆变电路工作原理图单相桥式PWM逆变电路工作原理双极性PWM控制方式双极性调制方式在ur的正、负半周控制规律相同。当u