【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 角頻率 ( n w w 1 0 0 2 + 1 2 3 4 + 0 2 + 4 + 0 1 + 3 + 5 + 諧波振幅 k n a = a = a = a = 0 ◆ 單相橋式 PWM逆變電路 ? 所包含的諧波角頻率為 rc ww kn ?式中， n=1,3,5,… 時(shí)，k=0,2,4, … ； n=2,4,6,… 時(shí)，k=1,3,5, … ? 其 PWM波中不含有低次諧波，只含有角頻率為 wc及其附近的諧波 ，以及 2wc、 3wc等及其附近的諧波 。 ? 幅值最高影響最大的是角頻率為 wc的諧波分量。 (710) 圖 713 單相 PWM橋式逆變電路輸出電壓頻譜圖 25/60 PWM逆變電路的諧波分析 1 0 0 2 + 1 2 3 4 + 0 2 + 4 + 0 1 + 3 + 5 + k n a = a = a = a = 0 角頻率 ( n w c + k w r ) 諧波振幅 ◆ 三相橋式 PWM逆變電路 ? 分析應(yīng)用較多的公用載波信號(hào)時(shí)的情況，在其輸出線電壓中，所包含的諧波角頻率為 rc ww kn ?式中， n=1,3,5,… 時(shí)， k=3(2m1)177。 1， m=1,2,… ； n=2,4,6,… 時(shí)， ????????。??,2,116,1,016mmmmk? 不含低次諧波。 ? 載波角頻率 wc整數(shù)倍的諧波沒有了，諧波中幅值較高的是 wc177。 2wr和 2wc177。 wr。 (711) 圖 714 三相橋式 PWM逆變電路輸出線電壓頻譜圖 26/60 PWM逆變電路的諧波分析 ■ 諧波分析小結(jié) ◆ 在 實(shí)際電路 中，由于采樣時(shí)刻的誤差以及為避免同一相上下橋臂直通而設(shè)置的死區(qū)的影響，諧波的分布情況將更為復(fù)雜，諧波含量比理想條件下要多一些，甚至還會(huì)出現(xiàn)少量的低次諧波。 ◆ SPWM波形中所含的諧波主要是角頻率為 wc、 2wc及其附近的諧波 ，一般情況下 wcwr，是很容易濾除的。 ◆ 當(dāng)調(diào)制信號(hào)波不是正弦波，而是其它波形時(shí)，其諧波由兩部分組成，一部分是對(duì)信號(hào)波本身進(jìn)行諧波分析所得的結(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。 27/60 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、減少開關(guān)次數(shù)在 PWM型逆變電路中是很重要的。 ◆ 直流電壓利用率是指逆變電路所能輸出的交流電壓基波最大幅值 U1m和直流電壓 Ud之比。 ◆ 提高直流電壓利用率可以提高逆變器的 輸出能力 。 ◆ 減少功率器件的開關(guān)次數(shù)可以降低 開關(guān)損耗 。 ■ 正弦波調(diào)制的三相 PWM逆變電路的直流電壓利用率很低。 ◆ 在調(diào)制度 a為最大值 1時(shí)，輸出相電壓的基波幅值為 Ud/2，輸出線電壓的基波幅值為 ，即直流電壓利用率僅為 。 ◆ 實(shí)際電路工作時(shí)，考慮到功率器件的開通和關(guān)斷都需要時(shí)間，如不采取其他措施，調(diào)制度不可能達(dá)到 1，實(shí)際能得到的直流電壓利用率比 。 dU)2/3(28/60 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù) u c u rU u rV u rW u u UN39。 O w t O w t O w t O w t u VN39。 u UV 圖 715 梯形波為調(diào)制信號(hào)的 PWM控制 ■ 采用梯形波作為調(diào)制信號(hào) ◆ 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值已超過(guò)了三角波幅值，可以有效地 提高直流電壓利用率 。 ◆ 決定功率開關(guān)器件通斷的方法和用正弦波作為調(diào)制信號(hào)波時(shí)完全相同。 ◆ 對(duì)梯形波的形狀用 三角化率 ?= Ut/Uto來(lái)描述，其中 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長(zhǎng)后相交所形成的三角形的高。 ◆ ?=0時(shí)梯形波變?yōu)?矩形波 ， ?=1時(shí)梯形波變?yōu)?三角波 。 29/60 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù) 圖 716 σ變化時(shí)的 δ和直流電壓利用率 圖 717 σ變化時(shí)的各次諧波含量 ◆ 由于梯形波中含有 低次諧波 ，調(diào)制后的 PWM波仍含有同樣的低次諧波，設(shè)由這些低次諧波（不包括由載波引起的諧波）產(chǎn)生的波形畸變率為 d，則三角化率 ?不同時(shí)， d和直流電壓利用率 U1m/Ud也不同。 ◆ ?=，諧波含量也較少，約為 %，直流電壓利用率為 ，綜合效果較好。 ◆ 用梯形波調(diào)制時(shí)，輸出波形中含有 5次 、 7次 等低次諧波，這是梯形波調(diào)制的缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以考慮將正弦波和梯形波結(jié)合使用。 30/60 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù) u u c r1 u O w t u r u r1 u O w t u r3 圖 718 疊加 3次諧波的調(diào)制信號(hào) ■ 線電壓控制方式 ◆ 目標(biāo)是使輸出的線電壓波形中不含低次諧波，同時(shí)盡可能提高直流電壓利用率，也應(yīng)盡量減少功率器件的開關(guān)次數(shù)。 ◆ 在相電壓正弦波調(diào)制信號(hào)中疊加適當(dāng)大小的 3次諧波 ，使之成為 鞍形波 ，則經(jīng)過(guò) PWM調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓中也必然包含 3次諧波，且三相的三次諧波相位相同，在合成線電壓時(shí)，各相電壓的 3次諧波相互抵消， 線電壓為正弦波 。 ◆ 圖 718中，調(diào)制信號(hào) ur成為鞍形波，基波分量 ur1的幅值更大，但 ur的最大值不超過(guò)三角波載波最大值。 基波 ur1正峰值附近恰為3次諧波 ur3的負(fù)半波，兩者相互抵消。 31/60 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù) 圖 719 線電壓控制方式舉例 ◆ 線電壓控制方式舉例 ? 可以在正弦調(diào)制信號(hào)中疊加 3次諧波 外，還可以疊加其他 3倍頻于正弦波的信號(hào) ，也可以再疊加 直流分量 ，這些都不會(huì)影響線電壓。 ? 圖 719中， up中既包含 3的整數(shù)倍次諧波，也包含直流分量，而且其大小是隨正弦信號(hào)的大小而變化的，設(shè)三角波載波幅值為 1，三相調(diào)制信號(hào)中的正弦波分量分別為 urU urV1和urW1，并令 1),m i n ( r W 1r V 1r U1p ??? uuuu則三相的調(diào)制信號(hào)分別為 ???????????pr W 1rWpr V 1rVpr U 1rUuuuuuuuuu(712) (713) 32/60 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù) 圖 719 線電壓控制方式舉例 ? 不論 urU urV1和 urW1幅值的大小， urU、urV、 urW中總有 1/3周期的值是和三角波負(fù)峰值相等的，其值為 1，在這 1/3周期中，并不對(duì)調(diào)制信號(hào)值為 1的一相進(jìn)行控制，而只對(duì)其他兩相進(jìn)行 PWM控制，因此也稱為 兩相控制方式 。 ? 兩相控制方式有以下優(yōu)點(diǎn) √在信號(hào)波的 1/3周期內(nèi)開關(guān)器件不動(dòng)作，可使功率器件的 開關(guān)損耗減少 1/3。 √最大輸出線電壓基波幅值為 Ud，和相電壓控制方法相比， 直流電壓利用率提高了 15%。 √輸出線電壓中 不含低次諧波 ，這是因?yàn)橄嚯妷褐邢鄳?yīng)于 up的諧波分量相互抵消的緣故，這一性能優(yōu)于梯形波調(diào)制方式。 33/60 空間矢量 SVPWM控制 ■ 空間矢量 SVPWM控制技術(shù)廣泛運(yùn)用于變頻器中，驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)時(shí)，使電機(jī)的磁鏈成為 圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ，從而使電機(jī)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。 ■ 空間矢量 SVPWM控制技術(shù) ◆ 圖 49所示的三相電壓型橋式逆變電路，采用 180176。 導(dǎo)通方式，共有 8種工作狀態(tài)，即 V V V2通， V V V3通， V V V4通， V V V5通，V V V6通， V V V1通，以及 V V V5通和 V V V6通，用“ 1”表示每相上橋臂開關(guān)導(dǎo)通，用“ 0”表示下橋臂開關(guān)導(dǎo)通，則上述 8種工作狀態(tài)可依次表示為 100、 1 0 01 00 101以及 111和 000。 ◆ 前 6種狀態(tài)有輸出電壓，屬 有效工作狀態(tài) ，而后兩種全部是上管通或下管通，沒有輸出電壓，稱之為 零工作狀態(tài) ，故對(duì)于這種基本的逆變器，稱之為 6拍逆變器 。 圖 49 三相電壓型橋式逆變電路 34/60 空間矢量 SVPWM控制 圖 720 電壓空間矢量六邊形 圖 721 空間電壓矢量的線形組合 ◆ 對(duì)于 6拍逆變器，在每個(gè)工作周期中， 6種有效工作狀態(tài)各出現(xiàn)一次，每一種狀態(tài)持續(xù)60176。 ，在一個(gè)周期中 6個(gè)電壓矢量共轉(zhuǎn)過(guò)360176。 ，形成一個(gè) 封閉的正六邊形 ，對(duì)于 111和 000這兩個(gè)“零工作狀態(tài)”，在這里表現(xiàn)為位于原點(diǎn)的零矢量，坐落在正六邊形的中心點(diǎn)。 ◆ 采用 PWM控制，就可以使交流電機(jī)的磁通盡量接近圓形，工作頻率越高，磁通就越接近圓形，需要的電壓矢量不是 6個(gè)基本電壓矢量時(shí)，可以用 兩個(gè)基本矢量 和 零矢量 的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ◆ 如圖 72