斬波開關(guān)技術(shù)

1、第7章 PWM控制技術(shù),7.1 PWM控制的基本原理 7.2 PWM逆變電路及其控制方法,第六章 PWM控制技術(shù),PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。 第5章直流斬波電路實(shí)際上采用的就是PWM技術(shù)；第6章的6.1斬控式調(diào)壓電路和6.4矩陣式變頻電路都有涉及,引言,第六章 PWM控制技術(shù),PWM控制的思想源于通信技術(shù)，全控型器件的發(fā)展使得實(shí)現(xiàn)PWM控制變得十分容易。 PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻?，F(xiàn)在大量應(yīng)用于逆變電路中，中小功率逆變電路

2、幾乎都是PWM型逆變電路。 PWM控制技術(shù)正是依賴于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。 本章和第4章（逆變電路）相結(jié)合講解，進(jìn)一步加深我們對(duì)逆變電路和PWM控制技術(shù)的認(rèn)識(shí),引言,6-4,PWM的基本原理 PWM控制方式 PWM在逆變電路中的應(yīng)用（電壓型） PWM調(diào)制方式,第六章 PWM控制技術(shù),掌握內(nèi)容,7.1 PWM控制的基本原理,1）重要理論基礎(chǔ)（面積）等效原理,沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同,返回,7.1 PWM控制的基本原理,b,圖6-2 沖量相等的各種窄脈沖的響應(yīng)波形,具體的實(shí)例說明“面積等效原理,a,e (t)電壓窄脈沖

3、，是電路的輸入 。 i (t)輸出電流，是電路的響應(yīng),返回,SPWM波,7.1 PWM控制的基本原理,如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波,返回,7.1 PWM控制的基本原理,若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可,SPWM波,如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波,返回,面積（沖量)相等，中點(diǎn)重合，寬度按正弦規(guī)律變化,等幅,7.1 PWM控制的基本原理,對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為,根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛,返回,7.1 PWM控制的基

4、本原理,返回,7.1 PWM控制的基本原理,2）PWM電流波 電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PWM電流波,返回,7.2 PWM逆變電路及其控制方法,目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)。 逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合。 本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體。 PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路,返回,7.2 PWM逆變電路及其控制方法,7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制,返回,7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法,1）計(jì)算法,根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開

5、關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。 本法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化,返回,7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法,將信號(hào)波與載波進(jìn)入調(diào)制電路調(diào)制，調(diào)制電路的輸出信號(hào)作為開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 把希望輸出的波形作為信號(hào)波ur, 常用等腰三角波作為載波uc,2）調(diào)制法,圖74 單相橋式PWM逆變電路,結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說明,返回,7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法,2）調(diào)制法,圖74 單相橋式PWM逆變電路,V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0 負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間， V1和V4仍導(dǎo)通，io為負(fù)，實(shí)際上io從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud

6、。 V4關(guān)斷V3開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0。 uo總可得到Ud和零兩種電平。 uo負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)?，V3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平,返回,7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法,對(duì)照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對(duì)開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別,返回,6-18,電路的實(shí)現(xiàn),因?yàn)槟壳皩?shí)際應(yīng)用的PWM逆變電路幾乎全為電壓型逆變電路，所以這里我們以電壓型逆變電路為例，結(jié)合PWM在逆變電路中的應(yīng)用體現(xiàn)電路的實(shí)現(xiàn),單向全橋PWM逆變電路,關(guān)鍵在于調(diào)制電路,7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法,返回,6-19,1

7、）單極性SPWM（SSPWM,特點(diǎn)：載波uc 在ur正半周，都用正極性三角波， 在負(fù)半周都用負(fù)極性三角波,在正半周， ur 大于uc時(shí)，相應(yīng)的器件開通，U0=Ud,當(dāng)ur 小于uc時(shí)，相應(yīng)的器件關(guān)斷U0=0,在負(fù)半周， ur 大于uc時(shí)，相應(yīng)的器件關(guān)斷U0=0,當(dāng)ur 小于uc時(shí)，相應(yīng)的器件開通， U0= -Ud,在調(diào)制信號(hào)ur 的半個(gè)周期內(nèi)，三角波uc只在一個(gè)方向上變化，得到的SPWM波形也只在一個(gè)方向上變化，故稱之為單極性SPWM,圖7-5單極性PWM控制方式波形,7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法,返回,6-20,7.2.2 分析幾種調(diào)制電路,電路（1,返回,6-21,1）當(dāng)Vr大與Vc時(shí)，根據(jù)

8、調(diào)制電路分析，器件是何工作狀態(tài),2）當(dāng)Vr小與Vc時(shí)，根據(jù)調(diào)制電路分析，器件是何工作狀態(tài),7.2.2 分析幾種調(diào)制電路,電路（2,返回,6-22,2）雙極性SPWM（BSPWM,雙極性PWM控制方式波形,特點(diǎn)：載波Uc在調(diào)制波Ur的正負(fù)兩個(gè)半周期內(nèi)，都在正負(fù)兩個(gè)方向變化，不再單一了。調(diào)制波Ur仍為正弦波,在Uc與Ur的交點(diǎn)時(shí)刻控制各器件的通斷,輸出的SPWM 波形在兩個(gè)方向變化，故稱之為雙極性SPWM,7.2.2 分析幾種調(diào)制電路,返回,6-23,請(qǐng)同學(xué)分析,7.2.2 分析幾種調(diào)制電路,電路（3,返回,7.2.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制,根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式

9、分為異步調(diào)制和同步調(diào)制,通常保持fc固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比N是變化的 在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱 當(dāng)fr較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小 當(dāng)fr增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大,返回,7.2.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制,2） 同步調(diào)制,載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時(shí) 使載波與信號(hào)波保持同步，即N等于常數(shù),基本同步調(diào)制方式，fr變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。 三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱。 為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)。 fr很低時(shí)，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。 fr很高時(shí)，fc會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受,返回,7.2.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制,3）分段同步調(diào)制 異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用,把整個(gè)fr范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段的N不同。 在fr高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高；在fr低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低,為防止fc在切換點(diǎn)附近來回跳動(dòng)，采用滯后切換的方法。 同步調(diào)制比異步調(diào)制復(fù)雜，但用微機(jī)控制時(shí)容易實(shí)現(xiàn)。 可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式