第六章 PWM控制技术1

第六章PWM控制技术本章所要讲述的内容1)PWM控制的基本原理2)PWM逆变电路及其控制方法本章重点PWM逆变电路及其控制方法第2页PWM(PulseWidthModulation)控制就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值)。PWM技术在逆变电路中的应用最为广泛，目前应用的逆变电路绝大部分都是PWM型逆变电路。PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。基本概念第3页6.1PWM控制的基本原理理论基础——采样控制理论（面积等效原理）冲量（面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量窄脉冲的面积效果基本相同环节的输出响应波形基本相同图6.1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)e）输出波形第4页6.1PWM控制的基本原理用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（SinusoidalPWM）波形。要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。图6.2（P151，图6-3)第5页6.2PWM逆变电路及控制方法产生PWM波形的常用方法——计算法、调制法和跟踪控制法调制法:结合IGBT单相桥式电压型逆变电路进行说明,把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波。工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。以uo正半周为例，V1通，V2断，V3和V4交替通断。图6.3单相桥式PWM逆变电路（p152,图6-4）第6页负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud。V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0负载电流为负的区间，V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud。6.2PWM逆变电路及控制方法第7页6.2PWM逆变电路及控制方法V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。uo总可得到Ud和零两种电平。uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。第8页调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。6.2PWM逆变电路及控制方法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud表示uo的基波分量图6.4单极性PWM控制方式波形（p153,图6-5）单极性PWM控制方式第9页在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态，当ur＞uc时，使V4导通，V3关断，uo=Ud；当ur＜uc时，使V4关断，V3导通，uo=0。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud表示uo的基波分量6.2PWM逆变电路及控制方法第10页在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，当ur＜uc时，使V3导通，V4关断，uo＝-Ud；当ur＞uc时，使V3关断，V4导通，uo=0。这样，就得到了SPWM波形uo。6.2PWM逆变电路及控制方法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud表示uo的基波分量第11页双极性PWM控制方式6.2PWM逆变电路及控制方法图6.5双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两种电平。第12页同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制器件的通断。ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud6.2PWM逆变电路及控制方法第13页6.2PWM逆变电路及控制方法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud当uruc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通，uo=Ud。当uruc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如io0，V2和V3通，如io0，VD2和VD3通，uo=-Ud。第14页6.3PWM调制方式及实现方法根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的。在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。载波比载波频率fc与调制信号频率fr之比，N=fc/fr1）异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式第15页当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小。当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大。这使得PWM波形和正弦波的差异变大。在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。6.3PWM调制方式及实现方法第16页基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。2）同步调制——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。6.3PWM调制方式及实现方法第17页3）分段同步调制——异步调制和同步调制的综合应用。把整个fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段的N不同。在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。6.3SPWM调制方式及实现方法第18页讲述PWM控制的基本原理PWM逆变电路及其控制方法6.4小结第19页本章结束