第四章pwm控制技术4-2PWM逆变电路及其方法

第四 控制技§4- 控制的基本原§4- 逆变电路及其控制方§4- 控制技§4- 整流电路及其——PulseWidth 控制的基本原。有惯性的环节上时，其效果基本。解释之一：惯性环 惯性环惯性环惯性环惯性环节含有储能元件，对突变的输入信号不能立即其运动Tdy(t)y(t)x(t其中，T为时间常数，K为惯性环节增益。其传递函1G(s)Y(s)X

u(t

i(t 1面积1有惯性的环节上时，其效果基本解释之二：

u(t

ii(tOtOtd 。。

1面积1有惯性的环节上时，其效果基本。解释之三：。解释之四：基本

i(tu(i(t1面积1“面积等效原理Ri(tu(i(t特特正弦波脉宽调制 u思想：用一组等幅不等的矩形脉冲来等效正弦波。原则：分段面积相等

弦规 假设将正弦半波按横坐标平分为72正弦波脉宽调制 根据面积相等的原

uUmsint

2n

sin(t)d(t i i 0 sinsin0 i i

Um

所以

2正弦波脉宽调制 u0u0★

负半周如何表示πUmiid弦规率变化时则称为正弦波脉宽调制，简称 2正弦波脉宽调制 U -U负载波2正弦波脉宽调制 UO-U

单极性UO-U

2正弦波脉宽调制 ★等 逆变整流

★不等 O-

2正弦波脉宽调制 波可等效各种

等效成其他所需波形，如-

所需波

等效 §4.2.1 波形的§4.2.2 的基波§4.2.3异步调制和§4.2.4自然采样法与规则采 逆变电路§4.2.6提高直流电压利用率§4.2.7空间矢 控 策 如何控制开关器获取期望性§4.2.1 波形的根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计 波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电 存在的问 调定义 三角载波或锯齿载波的 ★逆变器 控制方方式一（单极性控制）当输出电压为正半波时，V1常通，V2常断V3与V4交替通当输出电压为负半波V1常断V2常通；方式二（双极性控制）同时对V1V4与V2V3进行脉宽调制互补方式三（倍频单极性控制）调制波反相倍频单极性 控载波反相倍频单极性 控

载波与表示，其频率为fc调制波为正弦波，ur表示，其频率为

电载调制问问Ud 单极性 控制方★控制规输出正半波：V1通V2 和Ud两种输出负半波：V1断V2 负载电压存在 和‒Ud

载 调制单极性 控制方

-

电单极性电问问实现单极性调制0

调制双极性 控制方控制规律补控当urucV1、V4当urucV1、V4 0负载电压存在0和‒Ud两种电

-电

调制

双极性 控制方脉宽调制波有正有载波有正有双极性

-电

问实问实现双极性调制0

调制 调制000 调制000量相对较小，模拟实 控制电路相对复 调制0 调制000载波频率相 三相桥式电压型逆变器 控22均 极性 控制方 三相桥式电压型逆变器 控★U相的控当urU>ucV1导通，V4关当urU<ucV4导通，V1关断，uUN'=‒Ud/2当给V1(V4加导通信号时，可能是V1(V4能U是VD1(VD4)导 Ud2双极性互补控 三相桥式电压型逆变器 控当ur>uc当ur<uc22三相桥式电压型逆变器 控uUN'、uVN'和uWN'的波输出线电压波由±Ud(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共 逆变器相同特定谐波消除计算法 ）——计算利 波形的傅立定谐波幅值为零以及

输出电压半周期内，器件通、断各3次（不包括0和u0波幅值控制方程式的联2立，求 波形脉 2沿的转换角，从而实 2S

脉冲信号的发Ud

a1a2

确定开通与关断 特定谐波消除计算法 u0(t)u0(πt为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期内前后1/4周期以π/2为轴线对称u0(t)u0(t2四分之一周期对称波 2 特定谐波消除计算法 u0(t)u0(tu0(t)

ansin(ntu0(t)u0(πt

式中，an

an

2u(t)sinntd 特 傅氏级数中各项的系数实际 就是基波与各次谐波的幅值意为什 特定谐波消除计算法 能独立控制

、

2和a3

3个时刻，该波形的a

2

a1a2an

004

1

sin(nt)d(t)

2(

)sin(nt)d(t)π0

1 13 dsin(nt)d(t)2( d)sin(nt)d(t)

2Ud(12cosn2cosn2cosn 特定谐波消除计算法

a2Ud(12cosn2cosn2cosn

为消除5、7次谐波，可令 2Ud(12cos2cos2cos)π πa 2Ud(12cos52cos52cos5)

a

(12cos72cos72cos7)

求解上式可得α1、α2及α3。特定谐波消除计算法 2 2输出电压半个周期内器件开 3可消除3−1=2种谐波。

a1a2依此类推，若要消和谐波，则则可消除K−1种特定次数的谐波。K值越大 波形的0

t0 t 单极性驱动信号生成电

双极性驱动信号生成优点延时缺点

双极性驱动信号生成单极性驱动信号生成 波形的★单片机生成 ★模数混合生成法 波形的★采 集 或集 ：UC3637，UC3842，UC3525等 波形，TI公司的TMS320F2407、出12 波形高性能 变换电路的常用控制方脉宽调 脉宽调载波比

N 器件所允许的开关频 变频器的最高输出为使输出尽可能正弦，希望载波比N较大即在逆变器最高输出频率一定时，应有较高的器件关频率;市场上的通用逆变器中开关器件常以GTR 为主 脉宽调

调制比（调制度

调制波幅值

调制比（调制度

为什最小脉冲宽度>最小脉冲间歇时间> 最小脉冲宽度>最小脉冲间歇时间> §4.2.2 的基波★目的：从另一角度说明 的等效 因为u(t)u(tu(t)u(πt

uuu所以

o

k

Ukmsin

π2π2其中

π0u(t)sin(kt)d(t

(k1,3, 计算方在半个周期内包括n个脉冲。将脉冲序列u(t)展开成πunuunuUmsin0ui0

πi1π2i1 计算第i个脉冲的起始相位、终止相位unuUmsin0u0unuUmsin0u0

2i

π

则U

2

1i

i sin(kt)d(tn 1 nπi

2

(2i

ki kπsin

i1 计算方基波电压幅值

n (2i

sini

n

(2i1)πi

sin 2

i1

i2i12i1id d nsin(2i1)ππUmsin(2iπdπdn正弦波脉n正弦波脉宽调制的等效

(2i1)π

nUm

1

cosnin1§4.2.3同步调制和1同步调变频时载波与调制波的频率保持同步变化，载波比N

难以优化设计滤波器参1同步1低低频特性好，还是高频特性好1同步1ffc=225Hz，fr=25Hz，1同步1 tfc=450Hz，fr=50Hz，

fc=900Hz，fr=100Hz，2异步调2对于任意的调制波频率，载波频率恒定的当调制波频率fr变低时，载波比N个调制波周期中的脉冲 异步对于任意的调制波频率，载波频率恒定的

滤波器参数的优化设计较为容当调制波频率fr变低时，载波比N个调制波周期中的脉冲2低频特性好，还是高2低频特性好，还是高频当当调制波频率较低时，由于一个调制波周期中的脉冲冲波形的不对称性造成的基波相位跳动当调制波频率较高时，由于一个调制波周期中的脉冲冲波形的不对称性造成的基波相位跳动相对较大。3分段同步调3在fr高的频段采用较低的N在fr低的频段采用较高的N3的奇数倍。§4.2.4自然采样法与规则 完全按照 生成的基本原理，严 由右图显而易t1t2

tt 1u自然采样 1u Aurasin(rt

2t2t Tc/2

t21asin

rtATc/2

t22 1asin(rtB2

1

asin(

)sin(t

2 2

自然采uu

t2

c12

2

rtA)

rtB

t' t'第n个周期的三角

asin( )14 (n5)T T T asin( )14 (n3)TT4 T4c方程，且脉冲波形关于三角波周期中心线不因此，运算求解较 规则采一种近似算法，其生成的S波形的效果接期的中线对称（如图）Tc/2 / 1asin(rtD脉冲宽度Tc[1asin(

2规则采2 Tc[1asin(t asin(t

设： asin(t120

Tc[1asin(t u asin(t240u

2

[1asin(rtABC2BC 4据此知其二 逆变电路1在工程中对S波形的生成往往采用规则采样法或集成电路器件，这并不能保证脉宽调制出的S波形失真。 对滤波器的设计具有重要的指导意义当采用异步调制时，S的波形调制在调制考虑以载波角频率ωc为基准，采重傅立叶级数谐波分析法，其变频带谐波分布情况以描述S谐波及其特征。的同单相桥 逆变电路输出电压频谱分r单相双极性 谐波方程r sin(t)

J(

sinnπcos(nNt

π

J0

n

π)cos[(nNk)tk

kπ]r n1.2... r式中，ωr为调制MＮ载波n为相对于载波的谐波 单相桥 逆变电路输出电压频谱分

50--0--+0-0123角频率(nc+krn为相对于载波的谐波单相桥 逆变电路输出电压频谱分高谐波频率可以改

10--0--+0- 123角频率(nc+krn为相对于载波的谐波 控制的波形品质。M为调制度Ｎ载波三相桥 逆变电路输出电压频谱分三相双极性 谐波方程

3MUcos(tπ)

U

J0

nk

n1.2... sin(mNk)πsin[(nNk)(tπ)k 式中，ωr为调制MＮn为相对于载波的谐波 三相桥 逆变电路输出电压频谱分

10--0-0-0123

角频率(nc+kr结输出 三相 §4.2.6提高直流电压利用率★★提高直流电压利用率可提高逆变器的输如何提高直流电压利用★减少器件的开关次数可以降低开关损如何提高直流电压利用流电压利用率——逆变电路输出交流电压基正弦波调制的三 逆变电路，调制度a

3Ud/2，直180度导电型控制的三相电压型逆变器，其23Ud/π11Ud，为什 逆变器具有较高的直流电压利用率180度导电型 控制可以等效为180度 （过调制），从而使直流电压利用率得以★问题能能否使正弦调制波的幅值大于三角载波的峰值，使过调制，达到提高直流电压利用率导致波形畸变，使 输出谐波增加1梯形1当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波含的基波分量幅值更=0时梯形波变为矩形波，=1时梯形波变为波

σ

δ

输出波形中含5次7次等低次谐梯形波为调制信号 控制 鞍形调制波 控 u 的基波分量幅另一种解 基于线电压的 控制方 +

U

V

NW -

综合优化 控在提高直流电压利用率的同时，有效降关管的开关损耗， 控制得到综合优化 为有效降低开关损耗，所选取 调案波应使功率管 调制周期出现“不调制“不可调制区段”最长过1/3调制波周期。在调制波的负侧出现120o的“ 综合优化 控upmin(urU1,urV1,urW1)三相的调制信号分别为u urUu urV

uu

rW U相调制波与载波及输 线电压

10-202u10-202

tt ttW相调制波与载波及输 综合优化 控不论urU1、urV1和urW1幅值的大小，urU、urV控制，因此也称为两相控制方式优点§4.2.7空间矢 控制—— 逆变电路的多串联多重:各电压型逆变单元输出串联，提高并联多重:各电流型逆变单元输出并联，增大 逆变电路变压器

电抗器

uc1uc2u

2O 2

Ot-输出端相对于直流电源中点N’ t tO输出线电压共有0、(±1/2)Ud2O2t2O2t

uc1uc2

器所需的电感量就越

tOtttOttOttO-§4.3.1滞环§4.