【正文】 ， PWM脈沖不對稱的影響就變大 ■ 25 PENEC西安交通大學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 2. 同步調(diào)制 ? 同步調(diào)制 —— N等于常數(shù) ， 并在變頻時使載波和信號波保持同步 ?基本同步調(diào)制方式 ， fr變化時 N不變 ，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定 ?三相電路中公用一個三角波載波 ， 且取 N為 3的整數(shù)倍 ， 使三相輸出對稱 ?為使一相的 PWM波正負半周鏡對稱 ，N應(yīng)取奇數(shù) ? fr很低時 ， fc也很低 ， 由調(diào)制帶來的諧波不易濾除 ? fr很高時 ， fc會過高 ， 使開關(guān)器件難以承受 圖6 1 0ucurUurVurWuuU N 39。uUNuUVUd UdO? tOOOOO? t? t? t? t? t2Ud?2Ud2Ud?2Ud2Ud3Ud22 Ud圖 68 三相橋式 PWM逆變電路波形 ■ 19 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ? 特定諧波消去法 (Selected Harmonic Elimination PWM— SHEPWM) ?這是計算法中一種較有代表性的方法 ， 如圖 69 ?輸出電壓半周期內(nèi) ， 器件通 、斷各 3次 （ 不包括 0和 π） ， 共 6個開關(guān)時刻可控 圖6 9O? tuoUd Ud2 ??a1a2a3圖 69 特定諧波消去法的輸出 PWM波形 ?為減少諧波并簡化控制，要盡量使波形對稱 ?首先，為消除偶次諧波，使波形正負兩半周期鏡對稱，即 (61) )()( ??? ??? tutu ■ 20 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ?其次 ， 為消除諧波中余弦項 ， 應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后 1/4周期以 π/2為軸線對稱 (62) ?同時滿足式 （ 61） 、 （ 62） 的波形稱為四分之一周期對稱波形 ， 用傅里葉級數(shù)表示為 (63) 式中 ， an為 )()( tutu ??? ?? ?????,5,3,1sin)(nn tnatu ?? ?? 20 dsin)(4 ? ???? ttntua n ■ 21 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ? 圖 69， 能獨立控制 a a 2和 a 3共 3個時刻 。uV N 39。 2/3)Ud、 (177。 Ud/2兩種電平 ?uUV波形可由 uUN’ uVN’ 得出 ， 當 1和 6通時 ， uUV=Ud，當 3和 4通時 ， uUV=－ Ud， 當 1和 3或 4和 6通時 ， uUV=0 ?輸出線電壓 PWM波由 177。 圖6 7調(diào)制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNN39。PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 《電力電子技術(shù)》 電子教案 第 6章 PWM控制技術(shù) 3/1/2023 1 第 6章 PWM控制技術(shù) 引言 PWM控制的基本原理 PWM逆變電路及其控制方法 計算法和調(diào)制法 異步調(diào)制和同步調(diào)制 規(guī)則采樣法 PWM逆變電路的諧波分析 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù) PWM逆變電路的多重化 PWM跟蹤控制技術(shù) 滯環(huán)比較方式 三角波比較方式 PWM整流電路及其控制方法 PWM整流電路的工作原理 PWM整流電路的控制方法 本章小結(jié) 2 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 引言 ? PWM（ Pulse Width Modulation） 控制 —— 脈沖寬度調(diào)制技術(shù) ， 通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制 ， 來等效地獲得所需要波形 （ 含形狀和幅值 ） ?第 4章已涉及這方面內(nèi)容 ?第 3章：直流斬波電路采用 ?第 4章有兩處： ， 變頻電路 ? 本章內(nèi)容 ?PWM控制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最廣 ， 應(yīng)用的逆變電路絕大部分是 PWM型 ， PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用 ， 才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位 ?本章主要以逆變電路為控制對象來介紹 PWM控制技術(shù) ?也介紹 PWM整流電路 ■ 3 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM控制的基本原理 ? 理論基礎(chǔ) ?沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時 ， 其效果基本相同 ?沖量 指窄脈沖的面積 ?效果基本相同 ， 是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同 ?低頻段非常接近 ， 僅在高頻段略有差異 f ( t )?? ( t )tO圖6 1a) b) c) d)tOtOtOf ( t )f ( t )f ( t )圖 61 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 ■ 4 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM控制的基本原理 ? 一個實例 圖 62a的電路 ? 電路輸入： u(t)， 窄脈沖 ， 如圖 61a、 b、 c、 d所示 ? 電路輸出： i(t)， 圖 62b ?面積等效原理 a)Ob)圖6 2tbdcai ( t )i ( t )e ( t )圖 62 沖量相同的 各種窄脈沖的響應(yīng)波形 ■ 5 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM控制的基本原理 ? 用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波 ?正弦半波 N等分 ， 可看成 N個彼此相連的脈沖序列 ， 寬度相等 ， 但幅值不等 ?用矩形脈沖代替 ， 等幅 ， 不等寬 ，中點重合 ， 面積 （ 沖量 ） 相等 ?寬度按正弦規(guī)律變化 ? tOua)b)圖6 3Ou? t圖 63 用 PWM波代替正弦半波 ?SPWM波形 —— 脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM波形 ?要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可 ■ 6 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM控制的基本原理 ? 等幅 PWM波和不等幅 PWM波 ?由直流電源產(chǎn)生的 PWM波通常是等幅 PWM波 ?如直流斬波電路及本章主要介紹的 PWM逆變電路 ， 的 PWM整流電路 ?輸入電源是交流 ， 得到不等幅 PWM波 ? ， 路 ?基于面積等效原理進行控制 ， 本質(zhì)是相同的 ■ 7 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM控制的基本原理 ?PWM電流波 ?電流型逆變電路進行 PWM控制 ， 得到的就是 PWM電流波 ?PWM波形可等效的各種波形 ?直流斬波電路：等效直流波形 ?SPWM波：等效正弦波形 ?還可以等效成其他所需波形 ， 如等效所需非正弦交流波形等 ， 其基本原理和SPWM控制相同 ， 也基于等效面積原理 ■ 8 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 PWM逆變電路及其控制方法 ?目前中小功率的逆變電路幾乎都采用 PWM技術(shù) ?逆變電路是 PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合 ?本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體 ?PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種 ，目前實用的 PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路 ■ 9 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ? 計算法 ?根據(jù)正弦波頻率 、 幅值和半周期脈沖數(shù) ， 準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔 ， 據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷 ， 就可得到所需 PWM波形 ?繁瑣 ， 當輸出正弦波的頻率 、 幅值或相位變化時 ， 結(jié)果都要變化 ? 調(diào)制法 ?輸出波形作調(diào)制信號 ， 進行調(diào)制得到期望的 PWM波 ?通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波 ?等腰三角波應(yīng)用最多 ， 其任一點水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱 ■ 10 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ? 與任一平緩變化的調(diào)制信號波相交，在交點控制器件通斷，就得寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合 PWM的要求 ? 調(diào)制信號波為正弦波時，得到的就是 SPWM波 ? 調(diào)制信號不是正弦波，而是其他所需波形時，也能得到等效的 PWM波 ■ 11 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ? 結(jié)合 IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調(diào)制法進行說明 工作時 V1和 V2通斷互補 ， V3和 V4通斷也互補 ? 控制規(guī)律 ?uo正半周 ， V1通 ， V2斷 ， V3和 V4交替通斷 ?負載電流比電壓滯后 ， 在電壓正半周 ， 電流有一段區(qū)間為正 ， 一段區(qū)間為負 ?負載電流為正的區(qū)間 ， V1和 V4導通時 ， uo等于 Ud ?V4關(guān)斷時 ， 負載電流通過 V1和 VD3續(xù)流 ， uo=0 ?負載電流為負的區(qū)間 ， V1和 V4仍導通 ， io為負 ， 實際上 io從 VD1和 VD4流過 ， 仍有 uo=Ud ■ 12 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ? V4關(guān) 斷 V3開通后 ， io從 V3和 VD1續(xù)流 ， uo=0 ? uo總可得到 Ud和零兩種電平 ? uo負半周 ， 讓 V2保持通 ， V1保持斷 ， V3和 V4交替通斷 ， uo可得 Ud和零兩種電平 信號波載波圖6 4調(diào)制電路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoR Luruc圖 64 單相橋式PWM逆變電路 ■ 13 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ? 單極性 PWM控制方式 （ 單相橋逆變 ）在 ur和 uc的交點時刻控制 IGBT的通斷 ? ur正半周 ， V1保持通 ， V2保持斷 ?當 uruc時使 V4通 ， V3斷 ， uo=Ud ?當 uruc時使 V4斷 ， V3通 ， uo=0 ? ur負半周 ， V1保持斷 ， V2保持通 ?當 uruc時使 V3通 ， V4斷 ， uo=Ud ?當 uruc時使 V3斷 ， V4通 ， uo=0 ?虛線 uof表示 uo的基波分量 圖6 5urucuO? tO? tuouofuoUd Ud圖 65 單極性 PWM控制方式波形 ■ 14 PENEC西安交通大學電力電子與新能源技術(shù)研究中心 (PENEC)制作 計算法和調(diào)制法 ?雙極性 PWM控制方式 （ 單相橋逆變 ） ?在 ur的 半個周期內(nèi) ， 三角波載波有正有負 ， 所得PWM波也有正有負 ?在 ur一周期內(nèi) ， 輸出 PWM波只有 177。 Ud兩種電平 ?仍在調(diào)制信號 ur和載波信號 uc的交點控制器件的通斷 ?ur正負半周 ， 對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同 ?當 ur uc時 ， 給 V1和 V4導通信號 ， 給 V2和 V3關(guān)斷信號 ?如 io0， V1和 V4通 ， 如 io0， VD1和 VD4通 ， uo=Ud ■