第4章 逆變電路(3)

1、1濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27第四章直流/ /交流逆變器復(fù)習(xí)上節(jié)內(nèi)容復(fù)習(xí)上節(jié)內(nèi)容PWM控制技術(shù)控制技術(shù)PWM 控制就是控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)主要理論主要理論面積等效原理面積等效原理一、一、PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法1. 計(jì)算法計(jì)算法2. 調(diào)制法調(diào)制法 把希望把希望輸出輸出的波形作為的波形作為調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的，把接受調(diào)制的信號(hào)作為信號(hào)作為載波載波，通過(guò)信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的，通過(guò)信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。波形。 2濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-271）單極性）單極性PWM控制方式控制方式單極性單極性

2、PWMPWM控制方式波形控制方式波形ucuruOtOtuouofuoUd-Ud在在ur和和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷的通斷3濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27在在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得載波有正有負(fù)，所得PWM波也有正有負(fù)，其幅值只有波也有正有負(fù)，其幅值只有Ud 兩種電平。兩種電平。雙極性雙極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形uOtOtuouofuoUd-Uduruc2） 雙極性雙極性PWM控制方式控制方式4濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-273. 雙極性雙極性PWM控制方式控制方式（三相橋逆變）（

3、三相橋逆變） 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路5濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-271. 異步調(diào)制異步調(diào)制: 載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式二、異步調(diào)制和同步調(diào)制二、異步調(diào)制和同步調(diào)制載波比：載波頻率載波比：載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，之比，N= fc / fr 根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，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)制方式分為調(diào)制方式分為異步調(diào)制異步調(diào)制和和同步調(diào)制同步調(diào)制。 通常保持通常保持fc固定不變，當(dāng)固定不變，當(dāng)fr

4、變化時(shí)，載波比變化時(shí)，載波比N是變是變化的?；?。6濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-274-6 當(dāng)當(dāng)fr較低時(shí)，較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)脈沖不對(duì)稱產(chǎn) 生的不利影響都較小。生的不利影響都較小。 當(dāng)當(dāng)fr增高時(shí)，增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大。脈沖不對(duì)稱的影響就變大。 在信號(hào)波的半周期內(nèi)，在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)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)前后稱，半周期內(nèi)前后1/4周期周期 的

5、脈沖也不對(duì)稱。的脈沖也不對(duì)稱。7濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27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，即時(shí)使載波與信號(hào)波保持同步，即N等于常數(shù)。等于常數(shù)。urUucurVurWuuUNUd 2uVNO uWNOOttttO2Ud同步調(diào)制三相同步調(diào)制三相PWM波形波形4-72. 同步調(diào)制同步調(diào)制 基本同步調(diào)制方式，基本同步調(diào)制方式，fr 變化時(shí)變化時(shí)N不變，信號(hào)波一不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。 三相電路中公用一個(gè)三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取三角波載波，且取N為為3的

6、整數(shù)倍，使三相輸出的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱。對(duì)稱。8濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27urUucurVurWuuUNUd 2uVNO uWNOOttttO2Ud同步調(diào)制三相同步調(diào)制三相PWM波形波形4-8 為使一相的為使一相的PWM波波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N應(yīng)應(yīng)取奇數(shù)。取奇數(shù)。 f r很高時(shí)，很高時(shí)，f c會(huì)過(guò)高，會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以承受。使開(kāi)關(guān)器件難以承受。 fr很低時(shí)，很低時(shí)，fc也很低，也很低，由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除。濾除。9濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-273. 分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用

7、。異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用。把整個(gè)把整個(gè)fr范圍劃分成若干范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段的恒定，不同頻段的N不不同。同。在在fr高的頻段采用較低的高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過(guò)高；，使載波頻率不致過(guò)高；在在fr 低的頻段采用較高的低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過(guò)低。，使載波頻率不致過(guò)低。00.40.81.21.62.410203040fr /Hz506070802011479969453321fc /kHz分段同步調(diào)制方式舉例分段同步調(diào)制方式舉例4-910濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27三、三、規(guī)則采樣法規(guī)則采樣

8、法 1. 自然采樣法：自然采樣法：按照按照SPWM控制的基本原理控制的基本原理 產(chǎn)生的產(chǎn)生的PWM波的方法，其求波的方法，其求 解復(fù)雜，難以在實(shí)時(shí)控制中解復(fù)雜，難以在實(shí)時(shí)控制中 在線計(jì)算，工程應(yīng)用不多。在線計(jì)算，工程應(yīng)用不多。ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法2. 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法工程實(shí)用方法，效果接近自工程實(shí)用方法，效果接近自 然采樣法，計(jì)算量小得多。然采樣法，計(jì)算量小得多。4-3011濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期期Tc 。 自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波自然采

9、樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波(負(fù)峰點(diǎn)負(fù)峰點(diǎn))重合。重合。規(guī)則采樣法使兩者重合，使計(jì)算大規(guī)則采樣法使兩者重合，使計(jì)算大 為減化。為減化。如圖所示確定如圖所示確定A、B點(diǎn)，在點(diǎn)，在tA和和tB時(shí)刻時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷?？刂崎_(kāi)關(guān)器件的通斷。脈沖寬度和用自然采樣法得到的脈沖脈沖寬度和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。寬度非常接近。3. 規(guī)則采樣法原理規(guī)則采樣法原理ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法4-1112濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-274. 規(guī)則采樣法計(jì)算公式推導(dǎo)規(guī)則采樣法計(jì)算公式推導(dǎo)正弦調(diào)制信號(hào)波正弦調(diào)制信號(hào)波ur a sin rt三角波

10、一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度a稱為稱為調(diào)制度調(diào)制度，0a1； r為信號(hào)波角頻率為信號(hào)波角頻率從圖從圖可可得得：ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法2/22/sin1cDrTta)sin1 (2DrctaT)sin1 (4)(21DrcctaTT13濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27四、諧波分析四、諧波分析雙極性雙極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形 tO tu ou ofuoU d- U d 單極性單極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形u ru cuOuOtOtuouofuo Ud-Ud使用載波對(duì)正弦信號(hào)

11、波調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生和載波有關(guān)使用載波對(duì)正弦信號(hào)波調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生和載波有關(guān)的諧波分量。的諧波分量。諧波諧波頻率和幅值頻率和幅值是衡量是衡量PWM逆變電路性能的重要逆變電路性能的重要指標(biāo)之一。指標(biāo)之一。14濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-271. 特定諧波消去法特定諧波消去法 是是計(jì)算法計(jì)算法中一種較有代表性的方法。中一種較有代表性的方法。 如果在輸出電壓半個(gè)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷如果在輸出電壓半個(gè)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷各各k次，考慮到次，考慮到PWM波四分之一周期對(duì)稱，共有波四分之一周期對(duì)稱，共有k個(gè)個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可以控制，除去用一個(gè)自由度來(lái)控制基波幅開(kāi)關(guān)時(shí)刻可以控制，除去用一個(gè)自由度

12、來(lái)控制基波幅值外，可以值外，可以消去消去k1個(gè)頻率的特定諧波個(gè)頻率的特定諧波。 以三相橋式以三相橋式PWM型逆變電路中的型逆變電路中的uUN波形為例波形為例 在輸出電壓的半個(gè)周期內(nèi)，器件開(kāi)通和關(guān)斷各在輸出電壓的半個(gè)周期內(nèi)，器件開(kāi)通和關(guān)斷各3次（不包括次（不包括0和和時(shí)刻），共有時(shí)刻），共有6個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可以控制。個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可以控制。 15濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27特定諧波消去法的輸出特定諧波消去法的輸出PWM波形波形 為了消除為了消除偶次諧波偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩半周期鏡，應(yīng)使波形正負(fù)兩半周期鏡對(duì)稱，即對(duì)稱，即 )()(tutu為了消除諧波中的余弦項(xiàng)，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，應(yīng)

13、為了消除諧波中的余弦項(xiàng)，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后使波形在正半周期內(nèi)前后1/4周期以周期以 /2為軸線對(duì)稱，為軸線對(duì)稱，即即 )()(tutu16濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27同時(shí)滿足以上兩式的波形稱為同時(shí)滿足以上兩式的波形稱為四分之一周期對(duì)四分之一周期對(duì)稱波形稱波形，這種波形可用傅里葉級(jí)數(shù)表示為，這種波形可用傅里葉級(jí)數(shù)表示為,5,3, 1sin)(nntnatu式中，式中，an為為20dsin)(4ttntuan17濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27特定諧波消去法的輸出特定諧波消去法的輸出PWM波形波形 因?yàn)閳D的波形是四分之一周期對(duì)稱的，所

14、以在一個(gè)周期因?yàn)閳D的波形是四分之一周期對(duì)稱的，所以在一個(gè)周期內(nèi)的內(nèi)的12個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻（不包括個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻（不包括0和和 時(shí)刻）中，能夠獨(dú)立控制時(shí)刻）中，能夠獨(dú)立控制的只有的只有 1、 2和和 3共共3個(gè)時(shí)刻，該波形的個(gè)時(shí)刻，該波形的an為為 )cos2cos2cos21 (2d)sin2(dsin2d)sin2(dsin2432120332211nnnnUttnUttnUttnUttnUadddddn18濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27在三相對(duì)稱電路的線電壓中，相電壓所含的在三相對(duì)稱電路的線電壓中，相電壓所含的3次諧波相互抵消，因次諧波相互抵消，因此通?？梢钥紤]消去此通常可以考

15、慮消去5次和次和7次諧波次諧波，根據(jù)需要確定基波分量，根據(jù)需要確定基波分量a1的值，的值，再令再令a5和和a7等于等于0，就可以建立三個(gè)方程，聯(lián)立可求得，就可以建立三個(gè)方程，聯(lián)立可求得 1、 2和和 3。 0)7cos27cos27cos21 (720)5cos25cos25cos21 (52)cos2cos2cos21 (2321d7321d5321d1UaUaUa 這樣可以消去這樣可以消去兩種特定頻率的諧波兩種特定頻率的諧波，對(duì)于給定的基波幅值，對(duì)于給定的基波幅值a1，求解，求解上述方程可得一組上述方程可得一組 1、 2和和 3，基波幅值，基波幅值a1改變時(shí)，改變時(shí)， 1、 2和和 3也相

16、應(yīng)也相應(yīng)地改變。地改變。 19濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27分析以分析以雙極性雙極性SPWM波形為準(zhǔn)。波形為準(zhǔn)。 同步調(diào)制可看成同步調(diào)制可看成異步調(diào)制的異步調(diào)制的特殊特殊情況，只分析異步調(diào)制方式。情況，只分析異步調(diào)制方式。分析方法：分析方法：以載波周期為基礎(chǔ)，再利用以載波周期為基礎(chǔ)，再利用貝塞爾函數(shù)貝塞爾函數(shù)推導(dǎo)出推導(dǎo)出PWM波的波的傅里葉級(jí)數(shù)傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式。表達(dá)式。盡管分析過(guò)程復(fù)雜，但結(jié)論簡(jiǎn)單而直觀。盡管分析過(guò)程復(fù)雜，但結(jié)論簡(jiǎn)單而直觀。2. PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析20濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-271）單相的分析結(jié)果）單相的分析

17、結(jié)果圖圖中中，不同，不同a時(shí)單相橋時(shí)單相橋式式PWM逆變電路輸出逆變電路輸出電壓頻譜圖。電壓頻譜圖。諧波角頻率為諧波角頻率為:nc kr式中，n=1,3,5,時(shí)，k=0,2,4, ；n=2,4,6,時(shí)，k=1,3,5, PWM波中不含低次諧波，只含波中不含低次諧波，只含 c及其附近的諧波以及及其附近的諧波以及2 c、3 c等及其附近的諧波。等及其附近的諧波。+k)角頻率 (n1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-諧波振幅0.20.40.60.81.01.21.4kna=1.0a=0.8a=0.5a=021濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-272）三相的分析結(jié)果

18、）三相的分析結(jié)果公用載波信號(hào)時(shí)的情況公用載波信號(hào)時(shí)的情況圖圖示示，不同，不同a時(shí)三相橋式時(shí)三相橋式PWM逆變電路輸出電逆變電路輸出電壓壓頻譜圖頻譜圖。公用載波信號(hào)時(shí)的情況。公用載波信號(hào)時(shí)的情況。 輸出線電壓中的輸出線電壓中的諧波諧波角頻率角頻率為為nc kr式中，n=1,3,5,時(shí)，k=3(2m1)1，m=1,2,；n=2,4,6,時(shí)，k 6m 16m 1m 0,1,m 1,2,。1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-0.20.40.60.81.01.2kna=1.0a=0.8a=0.5a=0角頻率(nc +kr)諧波振幅22濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-

19、27u三相和單相比較，共同點(diǎn)是都三相和單相比較，共同點(diǎn)是都不含低次諧波不含低次諧波，一個(gè)，一個(gè)較顯著的區(qū)別是載波角頻率較顯著的區(qū)別是載波角頻率 c整數(shù)倍的諧波沒(méi)有了，整數(shù)倍的諧波沒(méi)有了，諧波中幅值較高的是諧波中幅值較高的是 c2 r和和2 c r。諧波分析小結(jié)諧波分析小結(jié)uSPWM波中諧波主要是角頻率為波中諧波主要是角頻率為 c、2 c及其附近的及其附近的諧波，很諧波，很容易濾除容易濾除。u當(dāng)調(diào)制信號(hào)波當(dāng)調(diào)制信號(hào)波不是正弦波不是正弦波時(shí)，諧波由時(shí)，諧波由兩部分兩部分組成：組成：一部分是對(duì)一部分是對(duì)信號(hào)波本身信號(hào)波本身進(jìn)行諧波分析所得的結(jié)果，另進(jìn)行諧波分析所得的結(jié)果，另一部分是由于一部分是由于信

20、號(hào)波信號(hào)波對(duì)對(duì)載波載波的的調(diào)制調(diào)制而產(chǎn)生的諧波。后而產(chǎn)生的諧波。后者的諧波分布情況和者的諧波分布情況和SPWM波的諧波分析一致。波的諧波分析一致。23濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-274.5 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)PWM波形生成的第三種方法波形生成的第三種方法跟蹤控制方法跟蹤控制方法。 把希望輸出的波形作為把希望輸出的波形作為指令信號(hào)指令信號(hào)，把實(shí)際波，把實(shí)際波形作為形作為反饋信號(hào)反饋信號(hào)，通過(guò)兩者的瞬時(shí)值，通過(guò)兩者的瞬時(shí)值比較比較來(lái)決定來(lái)決定逆變電路各開(kāi)關(guān)器件的逆變電路各開(kāi)關(guān)器件的通斷通斷，使實(shí)際的輸出跟蹤，使實(shí)際的輸出跟蹤指令信號(hào)變化。指令信號(hào)變化。常用的有常用的

21、有滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式和和三角波比較方式三角波比較方式。24濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-274.5.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 在滯環(huán)比較方式中，在滯環(huán)比較方式中，電流跟蹤電流跟蹤控制控制應(yīng)用最多。應(yīng)用最多。 PWM電流跟蹤控制單相半電流跟蹤控制單相半橋式逆變電路為例討論橋式逆變電路為例討論 把把指令電流指令電流i*和和實(shí)際輸出電實(shí)際輸出電流流i的偏差的偏差i*-i作為帶有滯環(huán)特作為帶有滯環(huán)特性的比較器的輸入，

22、通過(guò)其輸性的比較器的輸入，通過(guò)其輸出來(lái)控制功率器件出來(lái)控制功率器件V1和和V2的通的通斷。斷。 25濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27控制規(guī)律控制規(guī)律 當(dāng)當(dāng)V1導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，i 增大。增大。 當(dāng)當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，i 減小。減小。 通過(guò)通過(guò)環(huán)寬環(huán)寬為為2I 的滯環(huán)的滯環(huán)比較器的控制，比較器的控制，i就在就在i*+I和和i*-I的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，呈呈鋸齒狀鋸齒狀地跟蹤指令電流地跟蹤指令電流i*。圖圖7-24 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+D Ii*-D Ii*圖圖7-25 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流滯環(huán)比較方式的指令電流和輸

23、出電流 26濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27環(huán)寬過(guò)寬環(huán)寬過(guò)寬時(shí)，開(kāi)關(guān)頻時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過(guò)窄環(huán)寬過(guò)窄時(shí)，跟蹤誤時(shí)，跟蹤誤差小，但開(kāi)關(guān)頻率過(guò)差小，但開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，開(kāi)關(guān)損耗增大。高，開(kāi)關(guān)損耗增大。L大時(shí)，大時(shí)，i 的變化率小的變化率小，跟蹤慢；，跟蹤慢；L小時(shí)，小時(shí)，i 的變化率大，開(kāi)關(guān)頻的變化率大，開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高。率過(guò)高。圖圖7-24 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+D Ii*-D Ii*圖圖7-25 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 27濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院20

24、21-10-27采用滯環(huán)比較方式的采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型電流跟蹤型PWM變流電路有如下特點(diǎn)變流電路有如下特點(diǎn) 硬件電路簡(jiǎn)單。硬件電路簡(jiǎn)單。 實(shí)時(shí)控制，電流響應(yīng)快。實(shí)時(shí)控制，電流響應(yīng)快。 不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。率的諧波。 和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開(kāi)關(guān)頻率和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開(kāi)關(guān)頻率時(shí)輸出電流中時(shí)輸出電流中高次諧波高次諧波含量含量多多。 屬于屬于閉環(huán)控制閉環(huán)控制，是各種跟蹤型，是各種跟蹤型PWM變流變流電路的共同特點(diǎn)。電路的共同特點(diǎn)。28濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27 電壓跟蹤控制電路舉例電壓跟蹤控制電路舉

25、例 電壓電壓跟蹤控制跟蹤控制 把把指令電壓指令電壓u*和和輸出電壓輸出電壓u進(jìn)行比較，濾除偏差進(jìn)行比較，濾除偏差信號(hào)中的諧波，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器，信號(hào)中的諧波，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器，由比較器輸出控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電由比較器輸出控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制。壓跟蹤控制。 29濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27 輸出電壓輸出電壓PWM波形中含波形中含大量大量高次諧波高次諧波，必須，必須用適當(dāng)?shù)臑V波器濾除。用適當(dāng)?shù)臑V波器濾除。 u*=0時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓u為為頻率較高頻率較高的的矩形波矩形波，相，相當(dāng)于一個(gè)自勵(lì)振蕩電路。當(dāng)于一個(gè)自勵(lì)振蕩電路

26、。 u*為直流信號(hào)為直流信號(hào)時(shí)，時(shí)，u產(chǎn)生直流偏移，變?yōu)檎?fù)產(chǎn)生直流偏移，變?yōu)檎?fù)脈沖寬度不等，正寬負(fù)窄或正窄負(fù)寬的矩形波。脈沖寬度不等，正寬負(fù)窄或正窄負(fù)寬的矩形波。 u*為交流信號(hào)為交流信號(hào)時(shí)，只要其時(shí)，只要其頻率頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低低于上述于上述自自勵(lì)振蕩頻率勵(lì)振蕩頻率，從，從u中濾除由器件通斷產(chǎn)生的高次諧中濾除由器件通斷產(chǎn)生的高次諧波后，所得的波形就幾乎和波后，所得的波形就幾乎和u* 相同，從而實(shí)現(xiàn)電相同，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制。壓跟蹤控制。電壓跟蹤控制的特點(diǎn)電壓跟蹤控制的特點(diǎn) 30濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-274.5.2 三角波比較方式三角波比較方式 三角波比較方式電流跟蹤型

27、逆變電路三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路 把把指令電流指令電流i*U、i*V和和i*W和逆變電路實(shí)際輸出的和逆變電路實(shí)際輸出的電流電流iU、iV、iW進(jìn)行比較，進(jìn)行比較，求出偏差電流，通過(guò)求出偏差電流，通過(guò)放大器放大器A放大后，再去和三角波進(jìn)放大后，再去和三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生行比較，產(chǎn)生PWM波形。波形。 放大器放大器A通常具有通常具有比例比例積分特性或比例特性積分特性或比例特性，其系，其系數(shù)直接影響著逆變電路的電數(shù)直接影響著逆變電路的電流跟蹤特性。流跟蹤特性。 31濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27 三角波比較方式三角波比較方式的特點(diǎn)的特點(diǎn)圖圖7-29 三角波比較方式電流跟

28、蹤型逆變電路三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路 開(kāi)關(guān)頻率固定，等于開(kāi)關(guān)頻率固定，等于載波頻率，高頻濾波器設(shè)載波頻率，高頻濾波器設(shè)計(jì)方便。計(jì)方便。 為改善輸出電壓波為改善輸出電壓波形，三角波載波常用形，三角波載波常用三相三相三角波三角波載波。載波。 和滯環(huán)比較控制方和滯環(huán)比較控制方式相比，這種控制方式輸式相比，這種控制方式輸出電流所含的出電流所含的諧波少諧波少。32濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-274.5.3 定時(shí)比較方式定時(shí)比較方式 不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個(gè)不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘固定的時(shí)鐘。 以以固定的采樣周期固定的采樣周期對(duì)指令信號(hào)和被控制變量進(jìn)對(duì)指令信號(hào)

29、和被控制變量進(jìn)行采樣，并根據(jù)二者偏差的極性來(lái)控制變流電路行采樣，并根據(jù)二者偏差的極性來(lái)控制變流電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，使被控制量跟蹤指令信號(hào)。開(kāi)關(guān)器件的通斷，使被控制量跟蹤指令信號(hào)。33濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27以單相半橋逆變電路為例，在時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)的采以單相半橋逆變電路為例，在時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)的采樣時(shí)刻樣時(shí)刻 如如ii*，V1關(guān)斷，關(guān)斷，V2導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使i減小。減小。 每個(gè)采樣時(shí)刻的控制作用都使實(shí)際電流與指令每個(gè)采樣時(shí)刻的控制作用都使實(shí)際電流與指令電流的誤差減小。電流的誤差減小。 采用定時(shí)比較方式時(shí)，器件的最高開(kāi)關(guān)頻率為采用定時(shí)比較方式時(shí)，器件的最高開(kāi)關(guān)頻率為時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘頻率的1/2。 和滯環(huán)比較方式相比，電流控制誤差沒(méi)有一定和滯環(huán)比較方式相比，電流控制誤差沒(méi)有一定的環(huán)寬，控制的精度低一些。的環(huán)寬，控制的精度低一些。34濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2021-10-27小結(jié)小結(jié)PWMPWM控制技術(shù)的地位控制技術(shù)的地位 PWMPWM控制技術(shù)是在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的控制技術(shù)是在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠(yuǎn)影響的應(yīng)用，并對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠(yuǎn)影響的一項(xiàng)技術(shù)。一項(xiàng)技術(shù)。PWMPWM技術(shù)與器件的關(guān)系技術(shù)與器件的關(guān)系 IGBTIGBT、電力電力MOSFETMOSFET等為代表的全控型器件等為代表的全控型器件的不斷完