【文章內容簡介】 ( 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，k=0,2,4, … ； n=2,4,6,… 時，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 ? 分析應用較多的公用載波信號時的情況，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， k=3(2m1)177。 1， m=1,2,… ； n=2,4,6,… 時， ????????。??,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 ◆ 在 實際電路 中，由于采樣時刻的誤差以及為避免同一相上下橋臂直通而設置的死區(qū)的影響，諧波的分布情況將更為復雜，諧波含量比理想條件下要多一些，甚至還會出現(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。 ◆ 當調制信號波不是正弦波，而是其它波形時，其諧波由兩部分組成，一部分是對信號波本身進行諧波分析所得的結果，另一部分是由于信號波對載波的調制而產(chǎn)生的諧波。 27/60 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) ■ 提高直流電壓利用率、減少開關次數(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次數(shù)可以降低 開關損耗 。 ■ 正弦波調制的三相 PWM逆變電路的直流電壓利用率很低。 ◆ 在調制度 a為最大值 1時，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 。 ◆ 實際電路工作時，考慮到功率器件的開通和關斷都需要時間，如不采取其他措施，調制度不可能達到 1，實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 梯形波為調制信號的 PWM控制 ■ 采用梯形波作為調制信號 ◆ 當梯形波幅值和三角波幅值相等時，梯形波所含的基波分量幅值已超過了三角波幅值，可以有效地 提高直流電壓利用率 。 ◆ 決定功率開關器件通斷的方法和用正弦波作為調制信號波時完全相同。 ◆ 對梯形波的形狀用 三角化率 ?= Ut/Uto來描述，其中 Ut為以橫軸為底時梯形波的高， Uto為以橫軸為底邊把梯形兩腰延長后相交所形成的三角形的高。 ◆ ?=0時梯形波變?yōu)?矩形波 ， ?=1時梯形波變?yōu)?三角波 。 29/60 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) 圖 716 σ變化時的 δ和直流電壓利用率 圖 717 σ變化時的各次諧波含量 ◆ 由于梯形波中含有 低次諧波 ，調制后的 PWM波仍含有同樣的低次諧波，設由這些低次諧波（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， 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。 ◆ 用梯形波調制時，輸出波形中含有 5次 、 7次 等低次諧波，這是梯形波調制的缺點，實際應用時，可以考慮將正弦波和梯形波結合使用。 30/60 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) u u c r1 u O w t u r u r1 u O w t u r3 圖 718 疊加 3次諧波的調制信號 ■ 線電壓控制方式 ◆ 目標是使輸出的線電壓波形中不含低次諧波，同時盡可能提高直流電壓利用率，也應盡量減少功率器件的開關次數(shù)。 ◆ 在相電壓正弦波調制信號中疊加適當大小的 3次諧波 ，使之成為 鞍形波 ，則經(jīng)過 PWM調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，各相電壓的 3次諧波相互抵消， 線電壓為正弦波 。 ◆ 圖 718中，調制信號 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的負半波，兩者相互抵消。 31/60 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) 圖 719 線電壓控制方式舉例 ◆ 線電壓控制方式舉例 ? 可以在正弦調制信號中疊加 3次諧波 外，還可以疊加其他 3倍頻于正弦波的信號 ，也可以再疊加 直流分量 ，這些都不會影響線電壓。 ? 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的大小而變化的，設三角波載波幅值為 1，三相調制信號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 U 1p ??? uuuu則三相的調制信號分別為 ???????????prW1rWpr V 1rVpr U 1rUuuuuuuuuu(712) (713) 32/60 提高直流電壓利用率和減少開關次數(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峰值相等的，其值為 1，在這 1/3周期中，并不對調制信號值為 1的一相進行控制，而只對其他兩相進行 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 √在信號波的 1/3周期內開關器件不動作，可使功率器件的 開關損耗減少 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 ，這是因為相電壓中相應于 up的諧波分量相互抵消的緣故，這一性能優(yōu)于梯形波調制方式。 33/60 空間矢量 SVPWM控制 ■ 空間矢量 SVPWM控制技術廣泛運用于變頻器中，驅動交流電機時，使電機的磁鏈成為 圓形的旋轉磁場 ，從而使電機產(chǎn)生恒定的電磁轉矩。 ■ 空間矢量 SVPWM控制技術 ◆ 圖 49所示的三相電壓型橋式逆變電路，采用 180176。 導通方式，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導通，用“ 0”表示下橋臂開關導通，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 ◆ 對于 6拍逆變器，在每個工作周期中， 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。 ，在一個周期中 6個電壓矢量共轉過360176。 ，形成一個 封閉的正六邊形 ，對于 111和 000這兩個“零工作狀態(tài)”，在這里表現(xiàn)為位于原點的零矢量，坐落在正六邊形的中心點。 ◆ 采用 PWM控制，就可以使交流電機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個基本電壓矢量時，可以用 兩個基本矢量 和 零矢量 的組合來實現(xiàn)。 ◆ 如圖 721中，所要