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引引言言回顾第4章（电压型）（方波）逆变电路基本原理……◇uo(uAB)为矩形方波————谐波问题严重！◇fo——器件开关频率当低频输出时，不能发挥电力电子器件快速开关的优势！◇uo调节方式……引引言言◇调节Ud相控整流——交流输入侧的谐波和功率因数问题方波逆变器输出电压调节方式：相控整流——交流输入侧的谐波和功率因数问题不控整流+高频斩波——多级变换——成本、效率？通常加大电容滤波——动态响应慢的问题◇移相控制方式◇PWM控制方式引引言言PWM控制技术首先是在直流斩波变换中形成的在逆变电路控制中得到应用、发展、成熟！PWM——PulseWidthModulation——脉冲宽度调制在逆变电路控制中得到应用、发展、成熟！应用极为广泛——已成为现代电力电子变换的核心技术！PWM控制的优越性：◇正弦输出或其它期望的输出波形◇低谐波、高功率因数◇一级可控变换——结构简单◇高频变换——动态响应快！7.1PWM控制的基本原理7.2PWM逆变电路及其控制方法引引言言7.2PWM逆变电路及其控制方法7.3PWM跟踪控制技术7.4PWM整流电路及其控制方法1、PWM控制的理论支持——面积等效原理7.1PWM控制的基本原理2、PWM波★★★图7-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图7-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形期望输出面积等效，脉宽？1、PWM控制的理论支持——面积等效原理7.1PWM控制的基本原理2、PWM波★★★图7-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图7-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形◆用等幅不等宽的PWM波作为控制逆变器开关元件通断的依据。——等幅不等宽的方波脉冲序列7.2PWM逆变电路及其控制方法7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法1、计算法2、调制法载波比N=fc/fr7.2PWM逆变电路及其控制方法7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法简易调制电路及原理：7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法3.PWM控制原理7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法4.单极性调制和双极性调制(1)单极性调制方式下的工作原理在ur的正半周：VT1保持通态VT2保持断态√当VT3关断，VT4导通：uAB=Ud√当VT4关断，VT3导通：u=0uAB=0uAB=UduAB=0(1)单极性调制方式下的工作原理在ur的正半周：VT1保持通态VT2保持断态√当VT3关断，VT4导通：uAB=Ud√当VT4关断，VT3导通：u=0uAB=0uAB=UduAB=0(1)单极性调制方式下的工作原理在ur的负半周：VT1保持断态VT2保持通态√当VT3导通，VT4关断：uAB=-Ud√当VT3关断，VT4导通：u=0uAB=0uAB=-UduAB=0(1)单极性调制方式下的工作原理完整一个周期的工作波形：(2)双极性调制方式下的工作原理√当VT1、VT4导通，VT2、VT3关断：uAB=+Ud√当VT1、VT4关断，VT2、VT3导通：uAB=-UduAB=-UduAB=+UduAB=-Ud(2)双极性调制方式下的工作原理√当VT1、VT4导通，VT2、VT3关断：uAB=+Ud√当VT1、VT4关断，VT2、VT3导通：uAB=-UduAB=-UduAB=+UduAB=-Ud(2)双极性调制方式下的工作原理完整一个周期的工作波形：7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法5.三相桥式PWM逆变电路CUdUVCN’WN7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法5.三相桥式PWM逆变电路7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法5.三相桥式PWM逆变电路NN'UN'VN'WN'1()3uuuu=++UNUN'NN'uuu=-UVUN'VN'uuu=-7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法6.特定谐波消去法（SelectedHarmonicEliminationPWM—SHEPWM）——一种特殊的PWM波生成方法，属于计算法。——目的：使输出波形中不含特定次谐波（尤其低次谐波）考察下图所示1/4周期对称的波形：关于原点镜像对称：正半周内前后周期关于为轴线对称：2p14)()(pww±-=tutu()()ututwpw=-24()()ututwpw=-p2π对这种波形用傅里叶级数展开，可表示为：∑∞==,...5,3,1sin)(nntnatuww7.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法6.特定谐波消去法（SelectedHarmonicEliminationPWM—SHEPWM）0)5cos25cos25cos21(52321d5=-+-=aaapUa)cos2cos2cos21(2321d1aaap-+-=Ua)cos2cos2cos21(2321daaapnnnnUan-+-=∑∞==,...5,3,1sin)(nntnatuww其中：a1为基波分量的幅值，可根据实际要求确定；a3为3次谐波分量的幅值，…；通常可令a=0、a=0，即可p2π5p0)7cos27cos27cos21(72321d7=-+-=aaapUa通常可令a5=0、a7=0，即可消去5次和7次谐波。迭代求解该方程组，可得α1、α2、α37.2.1计算法和调制法——PWM波的生成方法6.特定谐波消去法（SelectedHarmonicEliminationPWM—SHEPWM）结论：一般地，如果在输出电压半个周期内开关器件通、断各kk次，考虑到PWM波四分之一周期对称，共有k个开关时刻可以控制。除了用一个自由度来控制基波幅值外，可消去k－1个频率的特定谐波。k越大，开关时刻的计算越复杂。7.2.2同步调制和异步调制（1）载波比：载波频率fc与调制信号频率fr之比，N=fc/fr。（2）异步调制：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式，即N值不断变化，称为异步调制。特点：保持载波频率fc固定不变，这样当调制信号频率fr变化时，载波比N是变化的。时，载波比N是变化的。（3）同步调制：在逆变器输出变频工作时，使载波与调制信号波保持同步的调制方式，即改变调制信号波频率的同时成正比的改变载波频率，保持载波比N等于常数，称为同步调制。（4）分段同步调制：把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内保持载波比N为恒定（同步调制），不同频段内的载波比不同（异步调制）1.同步调制——N固定值：例当fr→2fr时，N≡14变频输出——改变调制波频率——载波频率同时成正比改变——N不变1.异步调制——fC固定但N不确定：例当fr→2fr时，N=14→N=7变频输出——改变调制波频率——但载波频率不变——N将不断变化7.2.3自然采样法和规则采样法t0utAtBtDTcucur自然采样法：在调制波与载波的自然交点时刻uo0tc在调制波与载波的自然交点时刻控制功率器件的通断。需花费大量计算时间——控制实时性？7.2.3自然采样法和规则采样法t0utAtBtDABDTcucur规则采样法：在等腰三角载波的负峰时刻tD采样调制波值，过D作一水平直线与等腰三角载波相交于A、B，分uo0tc与等腰三角载波相交于A、B，分别在tA、tB时刻控制功率器件的通断。大大减少了计算时间——控制实时性好、工程实用性强！7.2.3自然采样法和规则采样法t0utAtBtDABDTcucurt0utAtBtDTcucur新概念：调制度auo0tcuo0tc优点：计算量大大减少7.2.4PWM电路的谐波分析单相逆变电路、双极性调制方式下，输出电压波形中所含谐波频率：式中：n=1,3,5,…时，k=0,2,4,…n=2,4,6,…时，k=1,3,5,…rknww⋅±⋅c不含频率为整数倍ωc的谐波三相逆变电路、双极性调制方式下，输出线电压波形中所含谐波频率：式中：n=1,3,5,…时，k=3(2m-1)±1n=2,4,6,…时，k=1,(6m±1)m=1,2,3,…rknww⋅±⋅c7.3PWM跟踪控制技术7.3.1滞环比较方式■把期望输出波形作为指令信号i*，把实际输出的波形作为反馈信号i，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电滞环比较器的瞬时值比较来决定逆变电路各功率开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。2Δi——滞环宽度环宽多大为佳？7.3PWM跟踪控制技术7.3.1滞环比较方式电抗器L的作用：滞环环宽对跟踪性能的影响：环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。滞环比较器电抗器L的作用：L大时，i的变化率小，跟踪慢；L小时，i的变化率大，开关频率过高。但开关频率过高，开关损耗增大。7.3PWM跟踪控制技术7.3.1滞环比较方式◆采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM控制的特点：滞环比较器◆采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM控制的特点：☞硬件电路简单。☞实时控制，电流响应快。☞不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波。☞和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多。☞属于闭环控制，是各种跟踪型PWM变流电路的共同特点。7.3PWM跟踪控制技术7.3.2三角波比较方式◆求出指令电流i*U、i*V、i*W和实际输出的电流iU、iV、iW的偏差，通过放大器A放大后再去和三角波进行比较，产生PWM波形。◆三角波比较方式的特点：☞开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。☞为改善输出电压波形，三角波载波常用三相三角波载波。☞和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐波少。PWM波形。7.3PWM跟踪控制技术7.3.3定时比较方式◆不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟。◆以固定的采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，并根据二者偏差的极性来控制变流电路开关器件的通断，使被控制量跟踪指令信号。◆以单相半桥逆变电路为例，在时钟信号到来的采样时刻：☞如ii*，V1导通，V2关断，使i增大。☞如ii*，V1关断，V2导通，使i减小。7.3PWM跟踪控制技术7.3.3定时比较方式◆每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小。◆电流控制误差没有一定的环宽（环宽不确定），控制精度相对降低。◆不仅环宽不确定，器件开关频率也不固定，最高为采样频率的1/2。☞如ii*，V1导通，V2关断，使i增大。☞如ii*，V1关断，V2导通，使i减小。知识扩展：★SPWM逆变电路应用示例——光伏并网逆变器补充：7.5SPWM逆变电路应用示例——光伏并网逆变器1.主系统典型结构图PV阵列ugiLSTSL1CZoL2Local静态开关V1V3V2V4PV阵列电网补充：7.5SPWM逆变电路应用示例——光伏并网逆变器2.典型控制框图补充：7.5SPWM逆变电路应用示例——光伏并网逆变器3.实验波形选示iL:5A/diviL:5A/divuAB:200V/diviL:5A/divVGE2:5V/divVGE3:5V/div50μs/divt/μsuAB:200V/diviL:5A/divVGE2:5V/divVGE3:5V/div50μs/divt/μs5ms/divt/ms5ms/divt/ms补充：7.5SPWM逆变电路应用示例——光伏并网逆变器3.实验波形选示补充：7.5SPWM逆变电路应用示例——光伏并网逆变器3.实验波形选示7.4PWM整流电路及其控制方式■晶闸管相控整流电路的缺点：◆随着触发延迟角a的增大，功率因数（位移因数cosφ1）降低。◆输入电流中谐波分量相当大，功率因数（畸变因数γ）很低。PWM逆变控制技术应用于整流，是PWM技术向整流电路的延伸。■PWM整流电路：◆通过适当控制可以使其交流侧输入电流iS非常接近正弦波，且和输入电压uS同相位，功率因数近似为1。◆也称为单位功率因数变流器，或高功率因数整流器。7.4PWM整流电路及其控制方式7.4.1PWM整流电路的工作原理电压型PWM整流电路构成：LS是电路正常工作所必须的（相当于Boost升压电感——升压型整流）。LS包括外接电抗器的电感和交流电源内部电感。而RS则是电抗器导线及交流侧连接导线的等效电阻，通常（也希望）它很小。7.4PWM整流电