【正文】 C+C+三相三角波發(fā)生電路AAA圖 627 三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路 ■ 53 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 三角波比較方式 ?定時(shí)比較方式 ? 不用滯環(huán)比較器 ， 而是設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘 ? 以固定采樣周期對(duì)指令信號(hào)和被控制變量進(jìn)行采樣 ， 根據(jù)偏差的極性來(lái)控制開(kāi)關(guān)器件通斷 ? 在時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)的時(shí)刻 ， 如 i i*， V1通 ， V2斷 ， 使 i增大 如 i i*， V1斷 ， V2通 ， 使 i減小 ? 每個(gè)采樣時(shí)刻的控制作用都使實(shí)際電流與指令電流的誤差減小 ? 采用定時(shí)比較方式時(shí) ， 器件的最高開(kāi)關(guān)頻率為時(shí)鐘頻率的 1/2 ? 和滯環(huán)比較方式相比 ， 電流控制誤差沒(méi)有一定的環(huán)寬 ，控制的精度低一些 ■ 54 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM整流電路及其控制方法 ? 實(shí)用的整流電路幾乎都是晶閘管整流或二極管整流 ? 晶閘管相控整流電路：輸入電流滯后于電壓 ， 且其中諧波分量大 ， 因此功率因數(shù)很低 ? 二極管整流電路：雖位移因數(shù)接近 1， 但輸入電流中諧波分量很大 ， 所以功率因數(shù)也很低 ? 把逆變電路中的 SPWM控制技術(shù)用于整流電路 ， 就形成了 PWM整流電路 ? 控制 PWM整流電路 ， 使其輸入電流非常接近正弦波 ，且和輸入電壓同相位 ， 功率因數(shù)近似為 1， 也稱 單位功率因數(shù)變流器 ， 或 高功率因數(shù)整流器 ■ 55 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM整流電路的工作原理 ? PWM整流電路也可分為電壓型和電流型兩大類 ， 目前電壓型的較多 1． 單相 PWM整流電路 ? 圖 628a和 b分別為 單相半橋 和 全橋PWM整流電路 ? 半橋電路直流側(cè)電容必須由兩個(gè)電容串聯(lián) ， 其中點(diǎn)和交流電源連接 ? 全橋電路直流側(cè)電容只要一個(gè)就可以 ? 交流側(cè)電感 Ls包括外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感 ， 是電路正常工作所必須的 a)負(fù)載b)圖6 2 8usLsisRsV1V2V4V3ABVD3VD1VD2VD4+++udusLsRsV1V2VD1VD2ud負(fù)載C1C2圖 628 單相 PWM整流電路 a) 單相半橋電路 b) 單相全橋電路 ■ 56 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM整流電路的工作原理 ? 單相全橋 PWM整流電路的工作原理 ?正弦信號(hào)波和三角波相比較的方法對(duì)圖 628b中的V1~V4進(jìn)行 SPWM控制 ， 就可以在橋的交流輸入端 AB產(chǎn)生一個(gè) SPWM波 uAB ?uAB中含有和正弦信號(hào)波同頻率且幅值成比例的基波分量 ， 以及和三角波載波有關(guān)的頻率很高的諧波 ， 不含有低次諧波 ?由于 Ls的濾波作用 ， 諧波電壓只使 is產(chǎn)生很小的脈動(dòng) ?當(dāng)正弦信號(hào)波頻率和電源頻率相同時(shí) ， is也為與電源頻率相同的正弦波 ?us一定時(shí) ， is幅值和相位僅由 uAB中基波 uABf的幅值及其與 us的相位差決定 ?改變 uABf的幅值和相位 ， 可使 is和 us同相或反相 ， is比 us超前 90176。uU N 39。 Ud五個(gè)電平，比非多重化時(shí)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(shí)的諧波已全被除去，諧波最低頻率在 2?c附近，相當(dāng)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。U1V1 W1U2V2 W2uUuVuWUVW2Ud2Ud圖 620 二重 PWM型逆變電路 ■ 43 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)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。 在這 1/3周期中 ， 不對(duì)調(diào)制信號(hào)值為 1的相進(jìn)行控制 ， 只對(duì)其他兩相進(jìn)行控制 ， 這種控制方式稱為 兩相控制方式 ? 優(yōu)點(diǎn) （ 1） 在 1/3周期內(nèi)器件不動(dòng)作 ， 開(kāi)關(guān)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(diào)制方式 ■ 42 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)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(kāi)關(guān)頻率 、減少開(kāi)關(guān)損耗 、 減少和載波有關(guān)的諧波分量 ? PWM逆變電路多重化聯(lián)結(jié)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(gè)單元的載波信號(hào)錯(cuò)開(kāi) 180176。uUV圖 615 梯形波為調(diào)制信號(hào)的 PWM控制 ■ 37 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù) ? 圖 616， ??和 U1m /Ud隨 s?變化的情況 ? 圖 617， s?變化時(shí)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(diào)制的缺點(diǎn)：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(shí)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(shí)的各次諧波含量 ■ 38 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù) ? 線電壓控制方式 （ 疊加 3次諧波 ） ?對(duì)兩個(gè)線電壓進(jìn)行控制 ， 適當(dāng)?shù)乩枚嘤嗟囊粋€(gè)自由度來(lái)改善控制性能 ?目標(biāo) —— 使輸出線電壓不含低次諧波的同時(shí)盡可能提高直流電壓利用率 ， 并盡量減少器件開(kāi)關(guān)次數(shù) 圖6 1 8ucur1uO ? turur1uO ? tur3圖 618 疊加 3次諧波的調(diào)制信號(hào) ■ 39 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù) ? 直接控制手段仍是對(duì)相電壓進(jìn)行控制，但控制目標(biāo)卻是線電壓 ? 相對(duì)線電壓控制方式，控制目標(biāo)為相電壓時(shí)稱為 相電壓控制方式 ? 在相電壓調(diào)制信號(hào)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。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(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)次數(shù)可以降低開(kāi)關(guān)損耗 ?正弦波調(diào)制的三相 PWM逆變電路 ， 調(diào)制度 a為 1時(shí) ， 輸出線電壓的基波幅值為 ， 直流電壓利用率為， 實(shí)際還更低 ? 梯形波調(diào)制方法的思路 ?采用梯形波作為調(diào)制信號(hào) ， 可有效提高直流電壓利用率 ?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更大 dU)2/3( ■ 36 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù) ? 梯形波調(diào)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(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 ?s? =0時(shí)梯形波變?yōu)榫匦尾?， s? =1時(shí)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(chǎn)生的波形畸變率為 ?? 圖6 1 5ucurUurVurWuuU N 39。 2?r和 2?c177。 1， m=1,2,… ； n=2,4,6,… 時(shí) ， ?圖 614， 輸出線電壓頻譜圖 ????????。39。 ?同一三角波周期內(nèi)三相的脈寬分別為 ?U、 ?V和 ?W，脈沖兩邊的間隙寬度分別為 ?’ U、 ?’ V和 ?’ W， 同一時(shí)刻三相調(diào)制波電壓之和為零 ， 由式 (66)得 (68) 由式 (67)得 (69) 利用以上兩式可簡(jiǎn)化三相 SPWM波的計(jì)算 23 cWVUT??? ???4339。 從圖 612得 因此可得 三角波一周期內(nèi) ， 脈沖兩邊間隙寬度 tau rsinr ?? 2/22/sin1cDrTta ????)sin1(2 Drc taT ?? ?? ? ? )sin1(42139。?? 39。OttttOOOuW N 39。 a1變 ， a a2和 a3也相應(yīng)改變 ???????????????????????0)7cos27cos27cos21(720)5cos25cos25cos21(52)cos2cos2cos21(2321d7321d5321d1aaa?aaa?aaa?UaUaUa(65) ■ 23 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計(jì)算法和調(diào)制法 ?一般，在輸出電壓半周期內(nèi)器件通、斷各 k次，考慮 PWM波四分之一周期對(duì)稱， k個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可控，除用一個(gè)控制基波幅值，可消去 k－ 1個(gè)頻率的特定諧波 ?k越大，開(kāi)關(guān)時(shí)刻的計(jì)算越復(fù)雜 ?除計(jì)算法和調(diào)制法外，還有跟蹤控制方法，在 ■ 24 PENEC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 異步調(diào)制和同步調(diào)制 ?載波比 —— 載波頻率 fc與調(diào)制信號(hào)頻率 fr之比 ， N= fc / fr ?根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況 ， PWM調(diào)制方式分為 異步調(diào)制 和 同步調(diào)制 1. 異步調(diào)制 ? 異步調(diào)制 —— 載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式 ?通常保持 fc固定不變 ， 當(dāng) fr變化時(shí) ， 載波比 N是變化的 ?在信號(hào)波的半周期內(nèi) ， PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定 ， 相位也不固定 ， 正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱 ， 半周期內(nèi)前后 1/4周期的脈沖也不對(duì)稱 ?當(dāng) fr較低時(shí) ， N較大 ， 一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多 ， 脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小 ?當(dāng) fr增高時(shí) ， N減小 ， 一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少