【文章內容簡介】 ENEC)制作 PWM逆變電路的諧波分析 ? 和單相比較 (圖 613)，共同點是都不含低次諧波，一個較顯著的區(qū)別是載波角頻率 ?c整數(shù)倍的諧波沒有了，諧波中幅值較高的 是 ?c177。 2?r和 2?c177。 ?r ? SPWM波中諧波主要是角頻率為 ?c、 2?c及其附近的諧波，很容易濾除 ? 當調制信號波不是正弦波時，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生的諧波。后者的諧波分布情況和 SPWM波的諧波分析一致 ■ 35 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) ?直流電壓利用率 —— 逆變電路輸出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提高逆變器的輸出能力 ?減少器件的開關次數(shù)可以降低開關損耗 ?正弦波調制的三相 PWM逆變電路 ， 調制度 a為 1時 ， 輸出線電壓的基波幅值為 ， 直流電壓利用率為， 實際還更低 ? 梯形波調制方法的思路 ?采用梯形波作為調制信號 ， 可有效提高直流電壓利用率 ?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更大 dU)2/3( ■ 36 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) ? 梯形波調制方法的原理及波形 ?梯形波的形狀用 三角化率 s? =Ut/Uto描述 ， 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 ?s? =0時梯形波變?yōu)榫匦尾?， s? =1時梯形波變?yōu)槿遣? ?梯形波含低次諧波 ， PWM波含同樣的低次諧波 ?低次諧波 （ 不包括由載波引起的諧波 ） 產生的波形畸變率為 ?? 圖6 1 5ucurUurVurWuuU N 39。O? tO ? tO? tO? tuV N 39。uUV圖 615 梯形波為調制信號的 PWM控制 ■ 37 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) ? 圖 616， ??和 U1m /Ud隨 s?變化的情況 ? 圖 617， s?變化時各次諧波分量幅值 Unm和基波幅值 U1m之比 ? s? = ，諧波含量也較少， ??約為 %，直流電壓利用率為 ， 綜合效果較好 ? 梯形波調制的缺點：輸出波形中含 5次、 7次等低次諧波 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0?s圖6 1 60 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 2U1mUd,?UdU1m圖 616 s?變化時的 ??和直流電壓利用率 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0s圖6 75 ?r00 . 10 . 27 ?r11 ?r13 ?rU1mUnm圖 617 s?變化時的各次諧波含量 ■ 38 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) ? 線電壓控制方式 （ 疊加 3次諧波 ） ?對兩個線電壓進行控制 ， 適當?shù)乩枚嘤嗟囊粋€自由度來改善控制性能 ?目標 —— 使輸出線電壓不含低次諧波的同時盡可能提高直流電壓利用率 ， 并盡量減少器件開關次數(shù) 圖6 1 8ucur1uO ? turur1uO ? tur3圖 618 疊加 3次諧波的調制信號 ■ 39 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) ? 直接控制手段仍是對相電壓進行控制，但控制目標卻是線電壓 ? 相對線電壓控制方式，控制目標為相電壓時稱為 相電壓控制方式 ? 在相電壓調制信號中疊加 3次諧波，使之成為鞍形波，輸出相電壓中也含 3次諧波，且三相的三次諧波相位相同。合成線電壓時， 3次諧波相互抵消，線電壓為正弦波 ? 鞍形波的基波分量幅值大 ? 除疊加 3次諧波外，還可疊加其他 3倍頻的信號，也可疊加直流分量，都不會影響線電壓 ■ 40 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) ? 線電壓控制方式 （ 疊加 3倍次諧波和直流分量 ） （ 圖 619） ? 疊加 up， 既包含 3倍次諧波 ， 也包含直流分量 ， up大小隨正弦信號的大小而變化 ? 設三角波載波幅值為 1， 三相調制信號的正弦分別為 urUurV1和 urW1， 并令 (612) 則三相的調制信號分別為 1),min( rW 1rV 1rU 1p ??? uuuu ?????????????prW1rWprV1rVprU1rUuuuuuuuuu(613) ■ 41 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù) ? 不論 urU urV1和 urW1幅值的大小 ， urU、 urV、 urW總有1/3周期的值和三角波負峰值相等 。 在這 1/3周期中 ， 不對調制信號值為 1的相進行控制 ， 只對其他兩相進行控制 ， 這種控制方式稱為 兩相控制方式 ? 優(yōu)點 （ 1） 在 1/3周期內器件不動作 ， 開關損耗減少 1/3 （ 2） 最大輸出線電壓基波幅值為 Ud， 直流電壓利用率 提高 （ 3） 輸出線電壓不含低次諧波 ， 優(yōu)于梯形波調制方式 ■ 42 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 PWM逆變電路的多重化 ? PWM多重化逆變電路 ， 一般目的：提高等效開關頻率 、減少開關損耗 、 減少和載波有關的諧波分量 ? PWM逆變電路多重化聯(lián)結方式有變壓器方式和電抗器方式 ? 利用電抗器聯(lián)接的二重 PWM逆變電路 （ 圖 620， 圖 621)） ? 兩個單元的載波信號錯開 180176。 ? 輸出端相對于直流電源中點 N ’ 的 電 壓uUN’ =(uU1N’ +uU2N’ )/2， 已變?yōu)閱螛O性 PWM波 圖6 2 0N39。U1V1 W1U2V2 W2uUuVuWUVW2Ud2Ud圖 620 二重 PWM型逆變電路 ■ 43 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 PWM逆變電路的多重化 ? 輸出線電壓共有 0、 (177。 1/2)Ud、177。 Ud五個電平，比非多重化時諧波有所減少 ? 電抗器上所加電壓頻率為載波頻率，比輸出頻率高得多，只要很小的電抗器就可以了 ? 輸出電壓所含諧波角頻率仍可表示為 n?c+k?r，但其中 n為奇數(shù)時的諧波已全被除去，諧波最低頻率在 2?c附近，相當于電路的等效載波頻率提高一倍 圖6 2 1Ud UdOurUurVuc2uc1? tuUVuO? tO? tO? tO? tO? tuU 1N 39。uU 2N 39。uU N 39。uV N 39。2Ud?2Ud圖 621 二重 PWM型逆變電路輸出波形 ■ 44 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 PWM跟蹤控制技術 ?PWM波形生成的第三種方法 —— 跟蹤控制 方法 ?把希望輸出的波形作為指令信號 ， 把實際波 形作為反饋信號 ， 通過兩者的瞬時值比較來 決定逆變電路各開關器件的通斷 ， 使實際的 輸出跟蹤指令信號變化 ?常用的有 滯環(huán)比較方式 和 三角波比較方式 ■ 45 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 滯環(huán)比較方式 ?電流跟蹤控制應用最多 ?基本原理 ?把指令電流 i*和實際輸出電流 i的偏差 i*i作為滯環(huán)比較 器的輸入 ?通過比較器的輸出控制器件 V1和 V2的通斷 ?V1（ 或 VD1） 通時 ， i增大 ?V2（ 或 VD2） 通時 ， i減小 ?通過環(huán)寬為 2DI的滯環(huán)比較器的控制 ， i就在 i*+DI和 i*DI的范圍內 ， 呈鋸齒狀地跟蹤指令電流 i* ■ 46 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 滯環(huán)比較方式 ? 參數(shù)的影響 ? 滯環(huán)環(huán)寬對跟蹤性能的影響：環(huán)寬過寬時 ， 開關頻率低 ， 跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時 ， 跟蹤誤差小 ， 但開關頻率過高 ， 開關損耗增大 ? 電抗器 L的作用： L大時 ， i的變化率小 ， 跟蹤慢 L小時 ， i的變化率大 ， 開關頻率過高 負載L+圖6 2 2iii *VD 1VD2V 1V 22U d2U dO圖6 2 3ti i i *+ D? Ii * D? Ii *圖 622 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 圖 623 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 ■ 47 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 滯環(huán)比較方式 ?三相的情況 圖6 2 4+iUi *UV4+iVi *V+iWi *WV1V6V3V2V5UdU V W圖6 2 5O ti *UOtuABiUi圖 625 三相電流跟蹤型 PWM逆變電路輸出波形 圖 624 三相電流跟蹤型PWM逆變電路 ■ 48 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 滯環(huán)比較方式 ?采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型 PWM變流電路有如下特點 （ 1）硬件電路簡單 （ 2）實時控制，電流響應快 （ 3）不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波 （ 4）和計算法及調制法相比，相同開關頻率時輸出電 流中高次諧波含量多 （ 5）閉環(huán)控制，是各種跟蹤型 PWM變流電路的共同特點 ■ 49 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 滯環(huán)比較方式 ?采用滯環(huán)比較方式實現(xiàn)電壓跟蹤控制 ? 把指令電壓 u*和輸出電壓 u進行比較 ， 濾除偏差信號中的諧波 ， 濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器 ， 由比較器輸出控制開關器件的通斷 ， 從而實現(xiàn)電壓跟蹤控制 圖6 2 6濾波器+uu *u2Ud2Ud圖 626 電壓跟蹤控制電路舉例 ■ 50 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 滯環(huán)比較方式 ? 和電流跟蹤控制電路相比 ， 只是把指令和反饋信號從電流變?yōu)殡妷? ? 輸出電壓 PWM波形中含大量高次諧波 ， 必須用適當?shù)臑V波器濾除 ? u*=0時 ， 輸出電壓 u為頻率較高的矩形波 ， 相當于一個自勵振蕩電路 ? u*為直流信號時 ， u產生直流偏移 ， 變?yōu)檎撁}沖寬度不等 ， 正寬負窄或正窄負寬的矩形波 ? u*為交流信號時 ， 只要其頻率遠低于上述自勵振蕩頻率 ， 從 u中濾除由器件通斷產生的高次諧波后 ， 所得的波形就幾乎和 u* 相同 ， 從而實現(xiàn)電壓跟蹤控制 ■ 51 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術研究中心 (PENEC)制作 三角波比較方式 ?基本原理 ? 不是把指令信號和三角波直接進行比