PWM原理ppt课件

1、PWM控制的基本原理 面积等效原理 ：将正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是PWM波形。各脉冲的幅值相等，宽度按正弦规律变化。PWM波形和正弦半波等效，即面积等效原理。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。,正弦脉宽调制： 脉冲列的各脉冲宽度按正弦规律变化（等效平均面积按正弦波

2、变化）的PWM波形，称作SPWM（Sinusoidal PWM）波形。 三点式PWM：正半周均为正脉冲，负半周均为负脉冲，没有正、负两极性间的跳变。,图8-19 用PWM波代替正弦半波,总是单极性跃变，故也称作单极性PWM。整个波形包含有三种电平，即+Ud/2，0V，-Ud/2，所以又被称作三电平（Three Level）PWM。其基波与原正弦波同频率,谐波仍存在。脉冲个数越多,正弦脉宽变化越平滑,则越逼近正弦,谐波亦越小。即开关频率高,则波形好,滤波也容易。,两点式PWM波形 (双极性PWM) 对应于正弦波的每个半周都是双极性跳变的脉冲序列，在正负两电平间跳变(Two Level)。脉宽按正

3、弦规律变化，在每个等份上的正负面积之代数和(平均面积)按正弦规律变化，即符合面积等效原理。 各脉冲的占空比按正弦规律变化：在0t1这一等份上，对应的正弦波瞬时值为正值，脉冲占空比应大于50%，正、负面积的平均值为正值。在正弦波过零点近旁，脉冲占空比应接近等于50%，使正、负面积的平均值趋于零。在负半周各等份上对应的脉冲占空比均小于50%。,两点式PWM波形不如三点式波形更逼近正弦：要达到同样的基波、谐波成分要求，两点式PWM需要更高的开关频率，每半周脉冲个数N要增大。三点式PWM采用较低的开关频率可以获得较好的波形质量，故开关损耗小，更适用于大功率逆变器。但实际上，直接输出三点式PWM波形的三

4、点式逆变器往往主电路结构比较复杂，使用器件较多。所以，目前直接输出两点式PWM波形的两点式逆变器应用较多。 改变等效正弦波（基波）的幅值：根据PWM波形的面积等效原理，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变各脉冲的宽度（占空比）即可。,在ur的正半周，当ur uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud；当uruc时使V3关断，V4导通，uo=0。这样，可得SPWM波形uo。虚线uof表示uo中的基波分量。 两点式PWM控制：采用双极性方式时，在ur的半个周期内，三角波载波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。在ur的一个周期内，输出的PWM波只有Ud两种电平。仍

5、然在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。,在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。即当ur uc时，给V1和V4以导通信号，给V2和V3以关断信号，输出电压uo=Ud。当uruc时，给V2和V3以导通信号，给 V1和V4以关断信号，uo=-Ud。 U/f协调控制 用PWM方式既可以实现VV又可以VF，在三角波比较方式中，改变调制正弦波的频率既可以实现变频，欲实现U/f协调控制，可调节调制波ur的正弦幅度，调制系数m=Urm/Ucm，通常在01之间，为了实现U/f 协调控制，随f变化，同时调m。,8.5.3 三相桥式逆变电路的PWM控制 载频三角波比较法调制 该方法是

6、产生SPWM控制信号的最基本的方法。可通过模拟电子电路来实现，uc高频载波,几几十kHz,等腰三角波，恒幅，来自三角波发生器，urU,urV,urW三相低频调制波参考信号，三相对称正弦，幅度与频率均连续可调，来自三相超低频正弦信号发生器。,采用双极性PWM控制方式。三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120。每相调制正弦波分别与同一列三角波比较。产生相应的SPWM控制脉冲序列。当正弦波与等腰三角形左边比较时总是输出往下跳，与右边比较时总往上跳。 U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同。 以U相为例：当urUuc时，给上桥臂V1以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于直流电源假

7、想中点N的输出电压uUN=Ud/2。当urUuc时，给V4以导通信号，给V1以关断信号，则uUN=-Ud/2。V1和V4的驱动信号始终是互补的。 V相及W相的控制方式都和U相相同。,三相桥式PWM型逆变电路,uUN、uVN和uWN的PWM波形都只有Ud/2两种电平，即两点式PWM。线电压波形uUV的波形可由uUN-uVN得出。可以看出，当臂1和 6导通时，uUV=Ud，当臂3和4导通时，uUV=Ud，当臂1和3或臂4和6导通时，uUV=0。因此，逆变器的输出线电压PWM波由Ud和0三种电平构成，即三点式（单极性）PWM波形。 负载相电压uUN可由下式求得 ： 负载相电压的PWM波由(2/3)U

8、d、(1/3)Ud和0共5种电平组成。,图3-8 三相桥式PWM型逆变电路波形,U/f协调控制 用PWM方式既可以实现VV又可以VF，在三角波比较方式中，改变调制正弦波的频率既可以实现变频，欲实现U/f协调控制，可调节调制波ur的正弦幅度，调制系数m=Urm/Ucm，通常在01之间，为了实现U/f 协调控制，随f变化，同时调m。当f很低时，Urm很小，m很小，SPWM波基波成分减小，比如正半周正脉宽度随Urm而变窄，故平均正面积减小，基波幅度减小，至于定量关系需经复杂计算。,fR与fT协调关系 frur参考信号频率，fcuc载频。载波比N=fc/fr。 同步调制：fc与fr同步变化，N保持整数

9、，可以使SPWM波每周期半波内包含的矩形脉冲数保持固定，且正负半波对称，无偶次谐波。若N为3的整数倍，还可使三相PWM波完全对称，严格互差1200，在1200处为整数个三角波周期。比如N取6、9、24、27、159等。 同步调制的缺点：低频时谐波增大，比如高频时每周6个脉冲，谐波相对较小，但在fr仅为几Hz时，每周若仍为6个脉冲，由于低频时基波幅度小,谐波成分相对增大，再说低频时的谐波不易滤除。,异步调制: 在调制波频率连续改变时，fc恒频，可以克服上述缺点，但又失去了所有的正负半周对称与三相波的对称性。因为不能保证N总为整数.当然在半周脉冲数很多的情况下，其影响程度会减小。 分段同步调制：具有上两者的优点，N可变但始终保持为3的整数倍。不同频段采用不同的载波比，随着fr的降低N逐步加大。按图示f