PWM变换器(恢复).ppt

,5.3 电压型变换器与电流型变换器的比较,1. 滤波环节 电压型变换器其直流环节的滤波，主要应用大电容，因此电源阻抗小，相当于电压源。而电流型变换器其直流环节的滤波，主要应用大电感，相当于电流源。,2. 输出波形 电压型变换器输出电压是方波，输出电流波形含有高次谐波。 电流型变换器输出电流波形是方波，输出电压波形接近正弦波。这是由于高次谐波遇到电动机的阻抗较大，产生的高次谐波磁通很小，电机感应电动势就接近正弦波，正弦波上的毛刺是由元件换相引起的。,3. 四象限运行 电压型变换器不容易进行四象限运行，原因是四象限运行时要求逆变桥运行在整流状态，而整流桥运行在逆变状态。这就要求直流环节的极性改变，由于直流环节接有大电容，因此改变极性很难。为了使电压型变换器能进行四象限运行，就要再设置一个全控整流桥与原来的整流桥反并联（增加造价）. 电流型变换器因直流环节串大电感，在维持电流方向不变的情况下，逆变桥和整流桥可改变极性，电动机功率经逆变桥（运行在整流状态）通过整流电路桥（运行在逆变状态）送回电网。,4. 负载 电压型变换器适于带多台电机齐速运行。 原因：属于恒压源，电压控制响应慢，适用于多台电动机同步运行时的供电电源而不要求快速加减速场合。 电流型变换器除按u/f为常数控制，可用于多台电机齐速运行外，尤其适于单机频繁加减速运行。 原因：由于滤波电感的作用，系统对负荷变化的反应迟缓，不适合用于多电机传动，而更适合于一台变频器给一台电机供电的单机传动，但可满足快速起制动合可逆运行要求。,5. 功率因数 电压型逆变器如果采用可控整流的话，其功率因数与电流型变换器差不多。如果采用不可控整流（采用直流斩波环节，或者SPWM）的话，其功率因数比电流型变换器要好，那么为何电流型变换器不采用不可控整流来改善功率因数呢？因为那样就会失去宝贵的四象限运行的功能。,6. 动态性能及稳定性 电压型变换器有大电容，进行电流控制较难。电流型变换器可以用电流内环控制，快速响应，动态性能好，但低频时有转矩脉动现象。换流电容的充电电压是与负载电流大小有关，为保持换流能力，应保持有一定的负载运行。,5.4 脉宽调制逆变器,脉宽调制PWM（pulse width modulation）型逆变电路是靠改变脉冲宽度来控制输出电压的，通过改变调制周期来控制其输出频率。 分类： 以调制脉冲的极性分：单极性调制和双极性调制两种； 以载频信号与参考信号频率之间的关系：同步调制和异步调制两种。,PWM电路的特点：可以得到相当接近正弦波的输出电压和电流，所以也称为正弦波脉宽调制SPWM（sinusoidal PWM）。 SPWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通、断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。,5.4.1 脉宽调制的基本原理,取样控制理论结论： 冲量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：即指窄脉冲的面积。 效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。 如图5-10所示的三种窄脉冲形状不同，但面积相同。当它们分别加在同一个惯性环节上时，其输出响应基本相同。且脉冲越窄，其输出差异越小。,三种窄脉冲形状不同，但面积相同。当它们分别加在同一个惯性环节上时，其输出响应基本相同。且脉冲越窄，其输出差异越小。,图5-10 冲量相等形状不同的三种窄脉冲,正弦半波分成n等份，每一份可看作是一个脉冲，这些脉冲宽度相等，都等于/n，但幅值不等，脉冲顶部为曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。 把上述脉冲序列用同样数量的等幅不等宽的矩形脉冲序列代替，并使矩形脉冲的中点和相应正弦等分脉冲的中点重合，且使二者的面积（冲量）相等，就可以得到如图5-11（b）所示的脉冲序列，即PWM波形。同样也可得到正弦负半周波形。,图5-11 PWM控制的基本原理示意图,SPWM波形：完整的正弦波形用等效的PWM波形表示。 原始方法：给出正弦波形的频率、幅值和半个周期的脉冲数后科计算出SPWM波形各脉冲宽度和间隔，按照计算结果控制电路中各开关器件的通断。 实用方法：载波法。 调制信号：希望输出的波形。 载波：接受调制的信号，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。（等腰三角形）,5.4.2单相桥式PWM逆变电路的工作原理,GTR 感性负载,图5-12 单相桥式PWM逆变电路,1. 单极性控制方式 载波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角波，在负半周为负极性的三角波。 在的正半周，VT1一直保持导通，VT2保持断态。在ur与uc正极性交点处控制VT4通断。 uc ur各区间，控制VT4通态，uo=Ud uc ur各区间，控制VT4断态，uo=0,1. 单极性控制方式 载波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角波，在负半周为负极性的三角波。 在的负半周，VT2一直保持导通，VT1保持断态。在ur与uc负极性交点处控制VT3通断。 ur uc各区间，控制VT3通态，uo=-Ud uc ur各区间，控制VT3断态，uo=0，负载电流可通过VD4与VT2续流。,1. 双极性控制方式 载波uc为正负两个方向变化的等腰三角形波 调制信号波ur为正弦波。 在ur的正半周 ur uc各区间，控制VT1VT4通态，VT2 VT3断态，uo=Ud ur uc各区间，控制VT2VT3通态，VT1VT4断态， uo=-Ud,1. 双极性控制方式 载波uc为正负两个方向变化的等腰三角形波 调制信号波ur为正弦波。 在ur的负半周 Uruc各区间，控制VT1VT4通态，VT2VT3断态 uo=Ud,双极性控制特点： 1)同一相上下两个桥臂晶体管的驱动信号相反。 2）感性负载时，若VT1、VT4通，给关断信号, VT1、VT4 立即关断；给VT2、V3T导通信号时，由于感性电流不能突变，电流减小产生的感应电动势使VT2、VT3不能立即导通，而是VD2VD3导通续流，如果能维持到下次VT1、VT4重新导通，负载电流方向始终没变化， VT2和VT3始终没导通；只有在负载电流较小无法连续续流情况下，在负载电流下降至0， VD2和VD3续流完毕， VT2和VT3导通，负载电流才反向流过负载，但无论VD2和VD3（ VT2和VT3）导通，U0均为-Ud。从VT2、V3T导通向VT1、VT4 切换情况也类似。,可以看出，单相桥式电路既可以采取单极性调制，也可以采取双极