电力电子技术基础20-PWM

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 电力电子技术基础电力电子技术基础第四部分 电力电子控制策略6 6第8章 PWM技术 PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术脉宽调制技术：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)。电力电子技术基础PWM综述综述第四部分 电力电子控制策略c) 电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)电流连续时的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I2

2、0t1t2uoEMa) 电路图电力电子技术基础PWM综述综述第四部分 电力电子控制策略 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技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。 PWM控制技术正是有赖于在逆变电路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。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术，因此，本章和第7章（逆变电路）相结合，才能使我们对逆变电路有完整地认识。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。PWM逆变电路也可分为电压

3、型电压型和电流电流型型两种，目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。8.1 PWM的基本工作原理电力电子技术基础PWM理论基础理论基础第四部分 电力电子控制策略 理论基础理论基础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冲量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低频段非常接近，仅在高频段略有差异f (t)(t)tO图6-1a)b)c)d)tOtOtOf (t)f (t)f (t)形状不同而冲量相形状不同而冲量相同的各种窄脉冲同的各种窄脉冲b)具体的实例说明“面积等效原理面积等效原理”a）u (t)电压窄脉冲，是电路的输入 。 i (t)输出电流

4、，是电路的响应。 电力电子技术基础PWM理论基础理论基础第四部分 电力电子控制策略电力电子技术基础PWM理论基础理论基础第四部分 电力电子控制策略OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波OutOu tOutSPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Out电力电子技术基础PWM理论基础理论基础第四部分 电力电子控制策略OwtUd-Ud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：OwtUd-Ud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

5、为广泛。PWM理论基础理论基础电力电子技术基础PWM波形的产生方法波形的产生方法 计算法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 调制法调制法通常采用等腰三角波或锯齿波uc作为载波将载波uc与另一给定信号ur(调制波)作比较，由交点产生PWM波。等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称电力电子技术基础PWM波的调制产生办法波的调制产生办法第四部分 电力电子控制策略 调制信号波可为正弦波电压也可为直流电压。工作时V1和V2通断互补

6、，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。V1和V4导通时，uo等于Ud 。调制法单相桥式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PWM波的调制产生办法波的调制产生办法单相桥式PWM逆变电路V4关断、V3开通后，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。PWM波的调制产生办法波的调制产生办法单极性PWM控制方式（单相桥逆变）（单相桥逆变）ur正半周正半周，V1保持通通，V2保持断断。当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud 。当uruc时时，给V1和V

7、4导通信号，给V2和V3关断信号。uo=Ud 。当当uruc时，给V1导通信号，给V4关断信号，uUN=Ud/2。当urUuc时，给V4导通信号，给V1关断信号，uUN=-Ud/2。uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2两种电平。uUV波形可由uUN-uVN得出v 载波比载波比载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / frv 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异步调制和同步调制同步调制1. 异步调制异步调制 异步调制异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式 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 当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多 当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少PWM波的调制方式波的调制方式异步调制异步调制2. 同步调制同步调制 同步调制同步调制N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步 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，相邻两个脉冲的间距增大，由调制带来的谐波不易滤除，对电动机负载将产生脉动转矩和噪音 fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受PWM波的调制方式波的调制方式同步调制同步调