斩波开关技术.ppt

第7章PWM控制技术 7 1PWM控制的基本原理7 2PWM逆变电路及其控制方法 第六章PWM控制技术 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 来等效的获得所需要的波形 含形状和幅值 第5章直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术 第6章的6 1斩控式调压电路和6 4矩阵式变频电路都有涉及 引言 第六章PWM控制技术 PWM控制的思想源于通信技术 全控型器件的发展使得实现PWM控制变得十分容易 PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛 对逆变电路的影响也最为深刻 现在大量应用于逆变电路中 中小功率逆变电路几乎都是PWM型逆变电路 PWM控制技术正是依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 本章和第4章 逆变电路 相结合讲解 进一步加深我们对逆变电路和PWM控制技术的认识 引言 6 4 PWM的基本原理PWM控制方式PWM在逆变电路中的应用 电压型 PWM调制方式 第六章PWM控制技术 掌握内容 7 1PWM控制的基本原理 1 重要理论基础 面积 等效原理 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 返回 7 1PWM控制的基本原理 b 图6 2冲量相等的各种窄脉冲的响应波形 具体的实例说明 面积等效原理 a e t 电压窄脉冲 是电路的输入 i t 输出电流 是电路的响应 返回 SPWM波 7 1PWM控制的基本原理 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 返回 7 1PWM控制的基本原理 若要改变等效输出正弦波幅值 按同一比例改变各脉冲宽度即可 SPWM波 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 返回 面积 冲量 相等 中点重合 宽度按正弦规律变化 等幅 7 1PWM控制的基本原理 对于正弦波的负半周 采取同样的方法 得到PWM波形 因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为 根据面积等效原理 正弦波还可等效为下图中的PWM波 而且这种方式在实际应用中更为广泛 返回 7 1PWM控制的基本原理 返回 7 1PWM控制的基本原理 2 PWM电流波电流型逆变电路进行PWM控制 得到的就是PWM电流波 返回 7 2PWM逆变电路及其控制方法 目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合 本节内容构成了本章的主体 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种 目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路 返回 7 2PWM逆变电路及其控制方法 7 2 1计算法和调制法7 2 2异步调制和同步调制 返回 7 2 1计算法和调制法 1 计算法 根据正弦波频率 幅值和半周期脉冲数 准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔 据此控制逆变电路开关器件的通断 就可得到所需PWM波形 本法较繁琐 当输出正弦波的频率 幅值或相位变化时 结果都要变化 返回 7 2 1计算法和调制法 将信号波与载波进入调制电路调制 调制电路的输出信号作为开关器件的驱动信号 把希望输出的波形作为信号波ur 常用等腰三角波作为载波uc 2 调制法 图7 4单相桥式PWM逆变电路 结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明 返回 7 2 1计算法和调制法 2 调制法 图7 4单相桥式PWM逆变电路 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 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 返回 7 2 1计算法和调制法 对照上述两图可以看出 单相桥式电路既可采取单极性调制 也可采用双极性调制 由于对开关器件通断控制的规律不同 它们的输出波形也有较大的差别 返回 6 18 电路的实现 因为目前实际应用的PWM逆变电路几乎全为电压型逆变电路 所以这里我们以电压型逆变电路为例 结合PWM在逆变电路中的应用体现电路的实现 单向全桥PWM逆变电路 关键在于调制电路 7 2 1计算法和调制法 返回 6 19 1 单极性SPWM SSPWM 特点 载波uc在ur正半周 都用正极性三角波 在负半周都用负极性三角波 在正半周 ur大于uc时 相应的器件开通 U0 Ud 当ur小于uc时 相应的器件关断U0 0 在负半周 ur大于uc时 相应的器件关断U0 0 当ur小于uc时 相应的器件开通 U0 Ud 在调制信号ur的半个周期内 三角波uc只在一个方向上变化 得到的SPWM波形也只在一个方向上变化 故称之为单极性SPWM 图7 5单极性PWM控制方式波形 7 2 1计算法和调制法 返回 6 20 7 2 2分析几种调制电路 电路 1 返回 6 21 1 当Vr大与Vc时 根据调制电路分析 器件是何工作状态 2 当Vr小与Vc时 根据调制电路分析 器件是何工作状态 7 2 2分析几种调制电路 电路 2 返回 6 22 2 双极性SPWM BSPWM 双极性PWM控制方式波形 特点 载波Uc在调制波Ur的正负两个半周期内 都在正负两个方向变化 不再单一了 调制波Ur仍为正弦波 在Uc与Ur的交点时刻控制各器件的通断 输出的SPWM波形在两个方向变化 故称之为双极性SPWM 7 2 2分析几种调制电路 返回 6 23 请同学分析 7 2 2分析几种调制电路 电路 3 返回 7 2 3异步调制和同步调制 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 返回 7 2 3异步调制和同步调制 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 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 三相电路中公用一个三角波载波 且取N为3的整数倍 使三相输出对称 为使一相的PWM波正负半周镜对称 N应取奇数 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 返回 7 2 3异步调制和同步调制 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 为防止fc在切换点附近来回跳动 采用滞后切换的方法 同步调制比异步调制复杂 但用微机控制时容易实现 可在低频输出时采用异步调制方式