電力電子技術(shù)件5PPT課件VIP

1、1第5章 PWM控制技術(shù)5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 逆變電路的逆變電路的SPWMSPWM控制方法控制方法5.3 5.3 逆變電路的其他逆變電路的其他PWMPWM控制方法控制方法5.4 5.4 多電平逆變器的多電平逆變器的PWMPWM控制控制 本章小結(jié)本章小結(jié)第1頁/共80頁25.1 概述采樣控制理論中一個(gè)重要結(jié)論大小、波形不相同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要它們的沖量即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果基本相同。該原理被稱為沖量（面積）等效原理。 沖量 窄脈沖的面積效果基本相同 環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同u如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異大

2、小、波形不相同的兩個(gè)窄脈沖電壓作用于L、R電路時(shí)，只要兩個(gè)窄脈沖電壓的面積（沖量）相等，則它們形成的電流響應(yīng)就相同。 第2頁/共80頁3l 圖a為方波窄脈沖、圖b為三角波窄脈沖、圖c為正弦半波窄脈沖，它們的面積都等于1，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同l當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D6-1d的單位沖擊函數(shù)（t）時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)f (t)d (t)tOa)b)c)d)tOf (t)tOf (t)tOf (t)形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖第3頁/共80頁4i (t )u ( t)i(t)t0沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形u u(t)為電壓窄脈沖，為電路的輸入，電流i

3、(t)為電路的輸出， i(t)的上升階段，脈沖形狀不同， i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同，脈沖越窄，各i(t)波形的差異也越小第4頁/共80頁5u如周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的u 用傅里葉級(jí)數(shù)分解后，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同u 上述原理為面積等效面積等效原理原理，是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)i (t )u ( t)i(t)t0沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形第5頁/共80頁6u1964年，德國A.Schonung率先提出了脈寬調(diào)制變頻的思想。交直交變壓變頻器的原理框圖，整流器UR整流后的整流電壓經(jīng)電容濾波后形成穩(wěn)定幅值的直流

4、電壓，加在逆變器UI上，逆變器的功率開關(guān)器件采用全控式器件，按一定規(guī)律控制其導(dǎo)通或關(guān)斷，使輸出端獲得一系列寬度不等的矩形脈沖電壓波形。通過改變脈沖的不同寬度可以控制逆變器輸出交通過改變脈沖的不同寬度可以控制逆變器輸出交流基波電壓的幅值，通過改變調(diào)制周期可以控制其輸出頻率，流基波電壓的幅值，通過改變調(diào)制周期可以控制其輸出頻率，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)變壓和變頻。從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)變壓和變頻。 第6頁/共80頁7Ou tu將正弦波分成N個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形，這些脈沖寬度相等，為/N，但幅值不等，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化Ou taOutb用PWM波代替正弦半波第7頁/共80頁8Ou tOu taOutb用

5、PWM波代替正弦半波u如將脈沖序列用相同數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)的正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，可得脈沖序列，即PWM波形第8頁/共80頁9脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形SPWM波形SPWM波形等幅PWM（直流電源產(chǎn)生）不等幅PWM（交流電源產(chǎn)生）第9頁/共80頁10第5章 PWM控制技術(shù)5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 逆變電路的逆變電路的SPWMSPWM控制方法控制方法5.3 5.3 逆變電路的其他逆變電路的其他PWMPWM控制方法控制方法5.4 5.4 多電平逆變器的多電平逆變器的PWMPWM控制控制

6、 本章小結(jié)本章小結(jié)第10頁/共80頁115.2 逆變電路的SPWM控制方法計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法的基波電壓的基波電壓脈寬調(diào)制的制約條件脈寬調(diào)制的制約條件異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制控制的控制的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法逆變電路的逆變電路的諧波分析諧波分析逆變電路的多重化逆變電路的多重化第11頁/共80頁12計(jì)算法和調(diào)制法計(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)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形調(diào)制法把希望輸出的波形（正弦波）按比例縮小作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形第12頁/共80頁13等腰

7、三角波或鋸齒波等腰三角波上任一點(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系，且左右對(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電路中開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖調(diào)制法把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形第13頁/共80頁14信號(hào)波載波圖6-4調(diào)制電路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLurucl V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)l uo正半周時(shí)，V1導(dǎo)通，V2關(guān)斷，V3和V4交替通斷l(xiāng) 負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)阻感負(fù)載阻感負(fù)載第14頁/共

8、80頁15信號(hào)波載波圖6-4調(diào)制電路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLuruc阻感負(fù)載阻感負(fù)載l 負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Udl V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0l 負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間， V1和V4仍導(dǎo)通 控制信號(hào)，io為負(fù)，實(shí)際上io從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud第15頁/共80頁16信號(hào)波載波圖6-4調(diào)制電路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLuruc阻感負(fù)載阻感負(fù)載l V4關(guān)斷，V3開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0l uo總可得到Ud和零兩種電平l uo負(fù)半周，讓V2保持導(dǎo)通，V1保持?jǐn)嚅_，V3和

9、V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平第16頁/共80頁17圖6-5urucuOtOtuouofuoUd-Udt 調(diào)制信號(hào)ur為正弦波，載波uc在ur的正半周為正極性的三角波，在負(fù)半周為負(fù)極性的三角波t 在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷t ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)?當(dāng)uruc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud當(dāng)uruc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0 表示uo的基波分量單極性單極性PWM控制方式控制方式（單相橋逆變）（單相橋逆變）第17頁/共80頁18圖6-5urucuOtOtuouofuoUd-Ud表示uo的基波分量t Ur負(fù)半周，V1保持?jǐn)?，V2保持通 當(dāng)uruc時(shí)，使V3斷，

10、V4通， uo=0單極性單極性PWM控制方式控制方式Ur半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得PWM波形也只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化第18頁/共80頁19圖6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud雙極性雙極性PWM控制方式控制方式（單相橋逆變）（單相橋逆變）雙極性雙極性PWM控控制方式制方式在ur的的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得PWM波也有正有負(fù)第19頁/共80頁20圖6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud雙極性雙極性PWM控制方式控制方式（單相橋逆變）（單相橋逆變）l 在ur的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有Ud兩種電平l 同樣在調(diào)制

11、信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷l(xiāng) ur正負(fù)半周，對(duì)各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同第20頁/共80頁21圖6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud雙極性雙極性PWM控制方式控制方式（單相橋逆變）（單相橋逆變）l 當(dāng)ur uc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信號(hào) 如io0，則V1和V4通， 如io0，VD1和VD4通， 不管哪種情況uo=Udl當(dāng)uruc時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào) 如io0，VD2和VD3通， 不管哪種情況uo=-Ud第21頁/共80頁22圖6-7調(diào)制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNN

12、C+C+urUurVurW2Ud2Ud雙極性雙極性PWMPWM控制方式控制方式（三相橋逆變）（三相橋逆變）lU、V和W三相的PWM控制通常公用三角波載波uc，三相的調(diào)制信號(hào)urU、urV和urW依次相差120lU、V和W各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同l 當(dāng)urUuc時(shí)，給V1導(dǎo)通信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，則uUN=Ud/2l 當(dāng)urU1niidmniUU112sin212sin4d2212sin41inidniUd11(21)1cosnmiiUnn1(21)cos0niin1mmUUSPWM逆變器輸出脈沖序列的基波電壓正是調(diào)制時(shí)所要求的等效正弦波。n較大，sin/2n/2n，且sini/2i/2

13、第34頁/共80頁355.2 逆變電路的SPWM控制方法計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法的基波電壓的基波電壓脈寬調(diào)制的制約條件脈寬調(diào)制的制約條件異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制控制的控制的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法逆變電路的逆變電路的諧波分析諧波分析逆變電路的多重化逆變電路的多重化第35頁/共80頁36脈寬調(diào)制的制約條件根據(jù)脈寬調(diào)制的特點(diǎn)，逆變電路中的電力電子器件在其輸出電壓半周期內(nèi)要開關(guān)n次，n越大，脈沖序列波的脈寬i越小，SPWM波形的基波更接近期望的正弦波。 電力電子器件本身的開關(guān)能力是有限的，因此在應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)時(shí)必然要受到一定條件的制約 第36頁/共80頁371. 開關(guān)頻率電力電子器件本身固

14、有的開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗載波比載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，N= fc / frN=2n 理想情況理想情況第37頁/共80頁382. 最小間歇時(shí)間與幅值調(diào)制比保證：最小脈沖寬度大于開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間ton，而最小脈沖間歇大于器件的關(guān)斷時(shí)間toff 幅值調(diào)制比調(diào)制度M= Urm / UcmM= 01在脈寬調(diào)制時(shí)，若n為偶數(shù)，調(diào)制信號(hào)的峰值Urm與三角載波相交的地方恰好是一個(gè)脈沖的間歇。為了保證最小間歇時(shí)間大于toff，必須使Urm低于三角波的峰值Ucm 第38頁/共80頁395.2 逆變電路的SPWM控制方法計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法的基波電壓的基波電壓脈寬調(diào)制的制約條件脈寬調(diào)制的制約條件

15、異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制控制的控制的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法逆變電路的逆變電路的諧波分析諧波分析逆變電路的多重化逆變電路的多重化第39頁/共80頁40異步調(diào)制和同步調(diào)制載波比載波頻率f fc c與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，NN= = fc / fr載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況異步調(diào)制PWM調(diào)制方式分為同步調(diào)制第40頁/共80頁411. 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)信號(hào)頻率較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖

16、數(shù)較多，PWM波形接近正弦波當(dāng)信號(hào)頻率增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，使得輸出PWM波和正弦波差異變大第41頁/共80頁42ucur Uur Vur WuuU N uV N uW N uU NuU VUd- UdOtOOOOOttttt2Ud2Ud2Ud2Ud2Ud3Ud32 Ud第42頁/共80頁432. 同步調(diào)制載波比N等于常數(shù)，在變頻時(shí)使載波與信號(hào)波保持同步的調(diào)制方式，在基本同步調(diào)制方式中，fr變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)是固定，脈沖相位也是固定的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，使三相輸出波形嚴(yán)格對(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)第43頁

17、/共80頁44圖6-10ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Udl當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，fc也很低， fc過低時(shí)由調(diào)制帶來的諧波不易濾除l當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受第44頁/共80頁45分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(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，限制功率開關(guān)器件允許的范圍在fr低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響第45頁/共80頁4600.40.81.21.62.02.41020304050607

18、0802011479969453321圖6-11fr /Hzfc /kHzl為防止載波頻率在切換點(diǎn)附近來回跳動(dòng)，采用滯后切換的方法l在不同的頻率段內(nèi)，載波頻率的變化范圍基本一致，fc大約在1.42.0KHz之間第46頁/共80頁475.2 逆變電路的SPWM控制方法計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法的基波電壓的基波電壓脈寬調(diào)制的制約條件脈寬調(diào)制的制約條件異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制控制的控制的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法逆變電路的逆變電路的諧波分析諧波分析逆變電路的多重化逆變電路的多重化第47頁/共80頁48控制的實(shí)現(xiàn)方法模擬實(shí)現(xiàn)方法模擬實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法等效面積算法等效面積算法自然采樣法

19、自然采樣法規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法SPWMSPWM專用集成電路芯片專用集成電路芯片第48頁/共80頁49控制的實(shí)現(xiàn)方法模擬實(shí)現(xiàn)方法模擬實(shí)現(xiàn)方法 采用模擬電路實(shí)現(xiàn)采用模擬電路實(shí)現(xiàn)第49頁/共80頁50控制的實(shí)現(xiàn)方法模擬實(shí)現(xiàn)方法模擬實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法 等效面積算法等效面積算法 面積等效原理面積等效原理 計(jì)算計(jì)算法法 自然采樣法自然采樣法 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 SPWMSPWM專用集成電路芯片專用集成電路芯片調(diào)制法調(diào)制法第50頁/共80頁51控制的實(shí)現(xiàn)方法自然采樣法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開關(guān)的通斷，這種生成SPWM波形的方法規(guī)則采樣法工程實(shí)用方法

20、，效果接近自然采樣法，計(jì)算量比自然采樣法小得多第51頁/共80頁52l 取三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tcl 使脈沖中點(diǎn) 和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合，每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)為對(duì)稱，使計(jì)算大為簡化ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d規(guī)則采樣法 第52頁/共80頁53l 在三角波的負(fù)峰時(shí)刻tD對(duì)正弦信號(hào)波采樣得D點(diǎn)，過D點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于A、B點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻t tA A和B點(diǎn)時(shí)刻tB控制功率開關(guān)器件的通斷l(xiāng) 這種規(guī)則采樣法得到的脈沖寬度和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d

21、規(guī)則采樣法 第53頁/共80頁54設(shè)正弦調(diào)制信號(hào)波為式中， a稱為調(diào)制度，0a1； r為信號(hào)波角頻率，從圖中得以下關(guān)系式 因此可得三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度為taursinr2/22/sin1cDrTtad)sin1(2DrctaTd)sin1 (421DrcctaTTdd第54頁/共80頁55 三相橋逆變電路應(yīng)形成三相SPWM波形，三相的三角波載 波共用，三相正弦調(diào)制波相位依次差120 設(shè)同一三角波周期內(nèi)三相的脈寬分別為dU、dV和dW，脈沖兩邊的間隙寬度分別為dU、dV和dW，同一時(shí)刻三相調(diào)制波電壓之和為零，得 l l l l利用以上兩式可簡化三相SPWM波的計(jì)算23cWVUTddd

22、43c W V UTddd第55頁/共80頁565.2 逆變電路的SPWM控制方法計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法的基波電壓的基波電壓脈寬調(diào)制的制約條件脈寬調(diào)制的制約條件異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制控制的控制的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法逆變電路的逆變電路的諧波分析諧波分析逆變電路的多重化逆變電路的多重化第56頁/共80頁575. 2.6 PWM逆變電路的諧波分析SPWM逆變器雖然以輸出波形接近正弦波為目的，但其輸出電壓中仍然存在著諧波分量。產(chǎn)生諧波的主要原因有（1）在工程中對(duì)SPWM波形的生成往往采用規(guī)則采樣法或?qū)Ｓ眉呻娐菲骷@并不能保證脈寬調(diào)制序列波的波形面積與各段正弦波面積完全相等（2）在實(shí)

23、現(xiàn)控制時(shí)，為了防止逆變器同一橋臂上、下兩器件的同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致直流側(cè)短路，當(dāng)同一橋臂上、下兩器件作互補(bǔ)工作時(shí)，設(shè)置一個(gè)導(dǎo)通時(shí)滯環(huán)節(jié)，而時(shí)滯的出現(xiàn)不可避免的造成逆變器輸出的SPWM波形失真。諧波分量的頻率和幅值是衡量PWM逆變電路性能的重要指標(biāo)之一第57頁/共80頁58c +kr)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=0圖6-13，不同a時(shí)單相橋式PWM逆變電路輸出電壓頻譜圖。1）單相的分析結(jié)果諧波角頻率為:10)-(6rckn式中，n=1,3,5,時(shí)，k=0,2,4, ； n=

24、2,4,6,時(shí)，k=1,3,5, PWM波中不含低次諧波，只含wc及其附近的諧波以及2wc、3wc等及其附近的諧波。單相PWM橋式逆變電路輸出電壓頻譜圖第58頁/共80頁592）三相的分析結(jié)果公用載波信號(hào)時(shí)的情況輸出線電壓中的諧波角頻率為11)-(6rckn式中，n=1,3,5,時(shí)，k=3(2m1)1，m=1,2,； n=2,4,6,時(shí)，。,2,116,1,016mmmmk圖6-14，不同a時(shí)三相橋式PWM逆變電路輸出電壓頻譜圖。公用載波信號(hào)時(shí)的情況。1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-0.20.40.60.81.01.2kna=1.0a=0.8a=0.5a=0角頻率(n

25、c +kr)三相橋式PWM逆變電路輸出線電壓頻譜圖諧波振幅第59頁/共80頁60三相和單相比較，共同點(diǎn)是都不含低次諧波，一個(gè)較顯著的區(qū)別是載波角頻率wc整數(shù)倍的諧波沒有了，諧波中幅值較高的是是wc2wr和2wcwr。SPWM波中諧波主要是角頻率為wc、2wc及其附近的諧波，很容易濾除。當(dāng)調(diào)制信號(hào)波不是正弦波時(shí)，諧波由兩部分組成：一部分是對(duì)信號(hào)波本身進(jìn)行諧波分析所得的結(jié)果，另一部分是由于信號(hào)波對(duì)載波的調(diào)制而產(chǎn)生的諧波。后者的諧波分布情況和SPWM波的諧波分析一致。諧波分析小結(jié)第60頁/共80頁615.2 逆變電路的SPWM控制方法計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法的基波電壓的基波電壓脈寬調(diào)制的制約條件

26、脈寬調(diào)制的制約條件異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制控制的控制的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法逆變電路的逆變電路的諧波分析諧波分析逆變電路的多重化逆變電路的多重化第61頁/共80頁62逆變電路的多重化PWM多重化逆變電路提高等效開關(guān)頻率減少開關(guān)損耗減少和載波有關(guān)的諧波分量第62頁/共80頁63PWM逆變電路多重化聯(lián)結(jié)方式有變壓器方式和電抗器方式,圖1是利用電抗器聯(lián)的二重PWM逆變電路的例子，電路的輸出從電抗器中心抽頭處引出。圖中兩個(gè)單元逆變電路的載波信號(hào)相互錯(cuò)開180，所得到的輸出電壓波形如圖2所示。 圖1 二重PWM逆變電路 圖2 二重PWM逆變電路輸出電壓波形 第63頁/共80頁64第5章 PWM控制

27、技術(shù)5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 逆變電路的逆變電路的SPWMSPWM控制方法控制方法5.3 5.3 逆變電路的其他逆變電路的其他PWMPWM控制方法控制方法5.4 5.4 多電平逆變器的多電平逆變器的PWMPWM控制控制 本章小結(jié)本章小結(jié)第64頁/共80頁655.3 5.3 逆變電路的其他逆變電路的其他PWMPWM控制方法控制方法 第65頁/共80頁66滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 1) 跟蹤型PWM變流電路中，電流跟蹤控制應(yīng)用最多。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)比較方式電流跟蹤控制舉例基本原理基本原理把指令電流i i* *和實(shí)際輸出電流i的偏

28、差i i* *- -i i作為滯環(huán)比較器的輸入。V1（或VD1）通時(shí)，i i增大V2（或VD2）通時(shí)，i i減小通過環(huán)寬為2DI的滯環(huán)比較器的控制，i i就在i i* *+D+DI I和i i* *-D-DI I的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤指令電流i i* *。參數(shù)的影響參數(shù)的影響環(huán)寬過寬時(shí)，開關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時(shí)，跟蹤誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。L大時(shí)，i i的變化率小，跟蹤慢；L小時(shí)，i i的變化率大，開關(guān)頻率過高。滯環(huán)環(huán)寬電抗器L的作用第66頁/共80頁672) 采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路有如下特點(diǎn)特點(diǎn)。 （1）硬件電路簡單。 （2）實(shí)時(shí)控制，電流響應(yīng)快

29、。 （3）不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。 （4）和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流 中高次諧波含量多。 （5）閉環(huán)控制，是各種跟蹤型PWM變流電路的共同特點(diǎn)。第67頁/共80頁685.3 5.3 逆變電路的其他逆變電路的其他PWMPWM控制方法控制方法 第68頁/共80頁69三角形比較方式三角形比較方式負(fù)載+-iUi*U+-iVi*V+-iWi*WUdC+-C+-C+-三相三角波發(fā)生電路AAA(1) 基本原理不是把指令信號(hào)和三角波直接進(jìn)行比較，而是通過閉環(huán)來進(jìn)行控制。把指令電流i i* *U U、i i* *V V和i i* *WW和實(shí)際輸出電流i iU U、i iV

30、V、i iWW進(jìn)行比較，求出偏差，通過放大器A放大后，再去和三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM波形。放大器A通常具有比例積分特性或比例特性，其系數(shù)直接影響電流跟蹤特性。(2) 特點(diǎn)開關(guān)頻率固定，等于載波頻率，高頻濾波器設(shè)計(jì)方便。為改善輸出電壓波形，三角波載波常用三相三角波載波。和滯環(huán)比較控制方式相比，這種控制方式輸出電流所含的諧波少。三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路第69頁/共80頁70不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘。以固定采樣周期對(duì)指令信號(hào)和被控制變量進(jìn)行采樣，根據(jù)偏差的極性來控制開關(guān)器件通斷。在時(shí)鐘信號(hào)到來的時(shí)刻，如i i i i* *，V1斷，V2通，使I I 減小。每個(gè)采樣時(shí)刻的控制作

31、用都使實(shí)際電流與指令電流的誤差減小。采用定時(shí)比較方式時(shí)，器件的最高開關(guān)頻率為時(shí)鐘頻率的1/2。和滯環(huán)比較方式相比，電流控制誤差沒有一定的環(huán)寬，控制的精度低一些。(3) 除上述兩種比較方式外，還有定時(shí)比較方式定時(shí)比較方式。第70頁/共80頁71第5章 PWM控制技術(shù)5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 逆變電路的逆變電路的SPWMSPWM控制方法控制方法5.3 5.3 逆變電路的其他逆變電路的其他PWMPWM控制方法控制方法5.4 5.4 多電平逆變器的多電平逆變器的PWMPWM控制控制 本章小結(jié)本章小結(jié)第71頁/共80頁725.4 5.4 多電平逆變電路多電平逆變電路電路原理 本節(jié)多電平逆變器介紹三電平逆變器 ,右圖是三相三電平逆變電路原理圖，它采用12只IGBT器件及6只鉗位二級(jí)管組成的帶中性點(diǎn)鉗位的電路。 三相三電平逆變電路原理圖 第72頁/共80頁73以U U相相為例分析工作情況V11和V12（或VD11和VD12）通，V41和V42斷，UO間電位差為Ud/2。V41和V42（或VD41和VD42）通，V11和V12斷，UO間電位差為-Ud/2。V12和V41導(dǎo)通，V11和V42關(guān)斷時(shí)，UO間電位差為0。V12和V41不能同時(shí)導(dǎo)通。i iU U00時(shí)，V12和VD1導(dǎo)通。i iU U00時(shí)，V41和VD4導(dǎo)通。三相三電平逆變電路原理圖第73頁/共80頁742)三