电力电子技术——第五章ppt课件

1、第5章 PWM控制技术 PWMPulse Width Modulation控制 对脉冲的宽度进展调制的技术，经过对一系列脉冲的宽度进展调制，来等效地获得所需求的波形含外形和幅值。 优点：功率因数高、有效地进展谐波抑制、动态呼应快。 缺陷：高次谐波、du/dt、电磁干扰5.1 概述 1964年德国人A.Schonung和H.stemmler首先提出把这项通讯技术运用到交流传动中，从此为交流传动的推行运用开辟了新的局面。 经过改动脉冲的不同宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值，经过改动调制周期可以控制其输出频率，从而同时实现变压和变频。5.1 概述 冲量面积等效原理 大小、波形不一样的窄脉冲变

2、量作用于惯性系统时，只需它们的冲量即变量对时间的积分相等，其作用效果根本一样。 可推行到阻感电路中。f (t)d (t)tOa)b)c)d)tOf (t)tOf (t)tOf (t)外形不同而冲量一样的各种窄脉冲外形不同而冲量一样的各种窄脉冲5.1 概述 图a、b、c分别为方波、三角波、正弦半波窄脉冲，图d单位冲击函数t ，面积都等于1。 分别加在具有惯性的同一环节上时，其输出呼应根本一样。5.1 概述 将正弦波分成N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形，用一样数量的等幅不等宽的矩形脉冲替代，使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，可得脉冲序列，即SPWM波形。5.2.1 计算法和调制法 计算法 根

3、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。 调制法 把希望输出的波形正弦波按比例减少作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，经过载波的调制得到所期望的PWM波形。5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 调制波调制波 把希望输出的波形作为调制信号，在把希望输出的波形作为调制信号，在SPWM中采用正中采用正弦波作为调制波。弦波作为调制波。 载波载波 把接受调制的信号作为载波，经过对载波的调制得到把接受调制的信号作为载波，经过对载波的调制得到所期望的所期望的PWM波形波形 载波：三角波或锯齿波载波：三角波或锯齿波 缘

4、由：等腰三角波上任一点的程度宽度和高度成线性缘由：等腰三角波上任一点的程度宽度和高度成线性关系，且左右对称。关系，且左右对称。uOtOtuoUd-Ud5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 单极性单极性PWM控制方式控制方式 调制信号调制信号ur为正弦波为正弦波 载波载波uc为三角波为三角波 在在ur和和uc的交点时辰的交点时辰控制控制IGBT的通断的通断urucuo5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法Ur正半周正半周当当uruc时，时，uo=Ud当当 uruc时，时，uo=0当当 uruc时，驱动时，驱动V1、V4如如io0，那么，那么V1和和V4通通如如io0，VD1和和VD4通通

5、不论哪种情况不论哪种情况uo=Ud当当uruc时，驱动时，驱动V2、V3如如io0，VD2和和VD3通通 不论哪种情况不论哪种情况uo=-Ud三相桥逆变电路三相桥逆变电路5.2.1 计算法和调制法双极性双极性PWM控制方式控制方式三相的三相的PWM控制公用三角波载波控制公用三角波载波uc，三相的调制信号依次相差，三相的调制信号依次相差120。当当urAuc时，时，V4关断，关断，V1或或VD1导通，那么导通，那么uAN=Ud/2当当urAuc时，时， V1关断，关断，V4或或VD4导通，那么导通，那么uUN=-Ud/2图6-8ucurAurBurCuuANuBNuCNuANuABUd-UdOt

6、OOOOOttttt2Ud2Ud2Ud2Ud2Ud3Ud32Ud5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 双极性双极性PWM控制方式控制方式 uAN、uBN和和uCN的的PWM波形只需波形只需Ud/2两种两种电平电平 线电压波形线电压波形uAB的波形可的波形可由由uAN-uBN得出得出 逆变器输出线电压逆变器输出线电压PWM波波由由Ud和和0三种电平构成三种电平构成 负载相电压uAN可由下式求得 负载相电压PWM波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和0共5种电平组成3CNBNANANANuuuuu5.2.1 计算法和调制法5.2.1 计算法和调制法 同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通

7、而呵斥短路，在上下两臂切换时留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。 死区时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决议。 死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。5.2.2 SPWM的基波电压 SPWM脉冲电压：脉冲宽度按照正弦规律变化的脉冲电压序列。 其基波电压幅值与各段脉宽有着直接关系，改动各个脉冲的宽度，就可以平滑地调理逆变器输出电压基波幅值。 脉冲数n足够大时， SPWM逆变器输出脉冲序列的基波电压正是调制时所要求的等效正弦波。5.2.3 脉宽调制的制约条件1. 开关频率限制开关频率越高，SPWM波形的脉冲数越多，其基波越接近期望的正弦波。 电力电子器件的开关才干是有限的

8、，因此在运用脉宽调制技术时必然要遭到一定条件的制约 载波比：载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr5.2.3 脉宽调制的制约条件2. 最小间歇时间与幅值调制比最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间ton，而最小脉冲间歇大于器件的关断时间toff 幅值调制比M= Urm / UcmM= 015.2.4 异步伐制和同步伐制异步伐制异步伐制载波信号和调制信号不同步的调制方式，通常坚持载波信号和调制信号不同步的调制方式，通常坚持fc固定不变，当固定不变，当fr变化时，载波比变化时，载波比N是变化的是变化的缺陷：缺陷：在信号波的半周期内，在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也

9、不固定，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。周期的脉冲也不对称。当信号频率增高时，当信号频率增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，使得输出减小，一周期内的脉冲数减少，使得输出PWM波和正弦波差别变大。波和正弦波差别变大。5.2.4 异步伐制和同步伐制 同步伐制同步伐制 在变频在变频frfr变化时，载波比变化时，载波比N N不变，载波与信号波坚持不变，载波与信号波坚持同步。同步。 信号波一周期内输出脉冲数是固定，脉冲相位也是固定的。信号波一周期内输出脉冲数是固定，脉冲相位也是固定的。 三相电路中公用一

10、个三角波载波，且取三相电路中公用一个三角波载波，且取N N为为3 3的整数倍，使的整数倍，使三相输出波形严厉对称。三相输出波形严厉对称。 为使一相的为使一相的PWMPWM波正负半周镜对称，波正负半周镜对称， N N应取奇数。应取奇数。5.2.4 异步伐制和同步伐制 同步伐制缺陷： 当逆变电路输出频率很低时，fc也很低， fc过低时由调制带来的谐波不易滤除。 当逆变电路输出频率很高时，同步伐制时的载波频率fc会过高，使开关器件难以接受。5.2.4 异步伐制和同步伐制 分段同步伐制 把逆变电路的输出频率范围划分成假设干个频段，每个频段内坚持N恒定，不同频段的N不同。 在fr高的频段采用较低的N，使

11、载波频率不致过高，限制功率开关器件允许的范围。 在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。5.2.5 SPWM控制的实现方法模拟实现方法数字实现方法等效面积算法自然采样法规那么采样法SPWM公用集成电路芯片5.2.5 SPWM控制的实现方法模拟实现方法： 采用模拟电路实现5.2.5 SPWM控制的实现方法 自然采样法 按照SPWM控制的根本原理，在正弦波和三角波的自然交点时辰控制功率开关的通断，这种生成SPWM波形的方法 规那么采样法 工程适用方法，效果接近自然采样法，计算量比自然采样法小得多ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d规那么采样法规

12、那么采样法 5.2.5 SPWM控制的实现方法 取三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc 使脉冲中点 和三角波一周期的中点即负峰点重合，每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称，使计算大为简化。ucuOturTcADBOtuotAtDtBd dd d d d 2d d2d d规那么采样法规那么采样法 5.2.5 SPWM控制的实现方法 在三角波的负峰时辰在三角波的负峰时辰tD对对正弦信号波采样得正弦信号波采样得D点，点，过过D点作一程度直线和三点作一程度直线和三角波分别交于角波分别交于A、B点，在点，在A点时辰点时辰tA和和B点时辰点时辰tB控制功率开关器件的通断控制功率开关器件的通断 规那么

13、采样法得到的脉冲规那么采样法得到的脉冲宽度和用自然采样法得到宽度和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近的脉冲宽度非常接近 设正弦调制信号波为 式中， a称为调制度，0a1； wr为信号波角频率， 因此可得 三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度为taursinr2/22/sin1cDrTtad)sin1(2DrctaTd)sin1 (421DrcctaTTdd5.2.5 SPWM控制的实现方法 三相桥逆变电路应构成三相三相桥逆变电路应构成三相SPWM波形，三相的三角波载波形，三相的三角波载 波共用，三相正弦调制波相位依次差波共用，三相正弦调制波相位依次差120 设同一三角波周期内三相的脉宽分别为设同一

14、三角波周期内三相的脉宽分别为U、 V和和W，脉冲两边的间隙宽度分别为脉冲两边的间隙宽度分别为U、 V和和W，同一时辰，同一时辰三相调制波电压之和为零，得三相调制波电压之和为零，得 23cWVUTddd43c W V UTddd5.2.5 SPWM控制的实现方法1单相双极性谐波角频率为:n=1,3,5,时，k=0,2,4, ；n=2,4,6,时，k=1,3,5, SPWM波中不含低次谐波，只含wc及其附近的谐波以及2wc、3wc等及其附近的谐波。角频率角频率1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-谐波振幅谐波振幅0.20.40.60.81.01.21.4kna=1.0a=0.8a=0.5a=05.2 逆变电路的SPWM控制方法rckn5.2 逆变电路的SPWM控制方法2三相双极性公用载波信号时的情况输出线电压中的谐波角频率为n=1,3,5,时，k=3(2m1)1 ，m=1,2,；rckn1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-0.20.40.60.81.01.2kna=1.0a=0.8a=0.5a=0角频率角频率谐波振幅谐波振幅。, 2 , 116, 1 , 016mmmm