PWM控制技術在逆變電路中的應用

1、pwm 在逆變電路中的應用王冰（08 級，自動化一班，2008010471490）摘要： 文章總結了pwm 控制技術的控制方法以及在逆變電路中的一些應用，敘述了他們的基本原理，講述了 spwm 逆變器的工作原理以及一些正弦脈寬調制的調制算法。如雙極性正弦波等面積法，自然采樣法等。0 引言pwm 控制技術也被稱為脈寬調制，他是一種對模擬信號電平進行數字化編碼的方法。在脈寬調制中使用高分辨率計數器來產生方波，并且可以通過調整方波的占空比來對模擬信號電平進行編碼。 pwm 控制技術在逆變電路中的應用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻?，F在大量應用的逆變電路中，絕大部分都是pwm 逆變電路。 可以說

2、 pwm 控制技術正是有賴于在逆變電路中的應用，才發(fā)展得比較成熟，才確定了它在電力電子技術中的重要地位。1 pwm控制技術的介紹1.1 理論基礎：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，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。 效果基本相同， 是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。圖 1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖1.2 面積等效原理：分別將如圖1 所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（r-l 電路）上，如圖2a 所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應波形如圖2b 所示。從波形可以看出， 在 i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎

3、完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應i(t)也是周期性的。用傅里葉級數分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。圖 2 沖量相同的各種窄脈沖的響應波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波n等分， 看成 n個相連的脈沖序列， 寬度相等， 但幅值不等； 用矩形脈沖代替，等幅， 不等寬， 中點重合， 面積 （沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。spwm 波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的pwm 波形。圖 3 用 pwm 波代替正弦半波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。pwm 電流波

4、：電流型逆變電路進行pwm 控制，得到的就是pwm 電流波。pwm 波形可等效的各種波形：直流斬波電路：等效直流波形spwm 波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形，其基本原理和spwm 控制相同，也基于等效面積原理。2 spwm逆變器的工作原理由于期望的逆變器輸出是一個正弦電壓波形，可以把一個正弦半波分作n 等分。然后把每一等分的正弦曲線與橫軸弦波的負半周也可用相同的方法來等效。這一系列脈沖波形就是所期望的逆變器輸出spwm 波形。由于各脈沖的幅值相等，所以逆變器可由恒定的直流電源供電，也就是說， 這種交一直一交變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流器就可以了。

5、逆變器輸出脈沖的幅值就是整流器的輸出電壓。當逆變器各開關器件都是在理想狀態(tài)下工作時，驅動相應開關器件的信號也應為與形狀相似的一系列脈沖波形，這是很容易推斷出來的。從理論上講， 這一系列脈沖波形的寬度可以嚴格地用計算方法求得，作為控制逆變器中各開關器件通斷的依據。但較為實用的辦法是引用通信技術中的“調制”這一概念，以所期望的波形 ( 在這里是正弦波) 作為調制波 (modulationwave )，而受它調制的信號稱為載波(carrier wave ) 。在 spwm 中常用等腰三角波作為載波，因為等腰所包圍的面積都用個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，矩形脈沖的中點與正弦波每一等分的中點重合。

6、這樣， 由n個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形為正弦的半周等效。同樣，正三角波是上下寬度線性對稱變化的波形， 當它與任何一個光滑的曲線相交時，在交點的時刻控制開關器件的通斷，即可得到一組等幅而脈沖寬度正比于該曲線函數值的矩形脈沖，這正是spwm 所需要的結果圖 4 可控整流器調壓、六拍逆變器變頻圖 5 不控整流、斬波器調壓、六拍逆變器變頻圖 6 不控整流、 pwm 逆變器調壓調頻3 正弦脈寬調制的調制算法三角波變化一個周期，它與正弦波有兩個交點，控制逆變器中開關元件導通和關斷各一次。要準確的生成spwm 波形，就要精確的計算出這兩個點的時間。開關元件導通時間是脈沖寬度， 關斷時間是脈沖間隙。正

7、弦波的頻率和幅值不同時，這些時間也不同，但對計算機來說，時間由軟件實現，時間的控制由定時器完成，是很方便的，關鍵在于調制算法。調制算法主要有自然采樣法、規(guī)則采樣法、等面積法等。圖 7 雙極性正弦脈寬調制原理波形3.1 自然采樣法按照 spwm 控制的基本原理，在正弦波與三角波的交點進行脈沖寬度和間隙的采樣，去生成 spwm 波形，成為自然采樣法。如圖圖 8 spwm 波形3.2 雙極性正弦波等面積法正弦波等面積算法的基本原理為: 將一個正弦波等分成h，個區(qū)段，區(qū)段數ht一定是 6的整數倍，因為三相正弦波，各項相位互差120，要從一相正弦波方便地得到其他兩相，必須把一個周期分成6 的整數倍。由圖

8、可見，ht越大，輸出波形越接近正弦波。在每一個區(qū)段，等分成若干個等寬脈沖(n) ，使這 n 個等寬脈沖面積等于這一區(qū)段正弦波面積。采用這種方法既可以提高開關頻率，改善波形， 又可以減少計算新脈沖的數量，節(jié)省計算機計算時間。如圖所示其正弦波面積為圖 9 雙極性正弦波4 結束語逆變電路的應用相當普及，在已有的各種電源中，蓄電池、干電池，太陽能電池等都是直流電源，當需要這些電源向交流負載供電時，就需要逆變電路。文章簡單介紹了pwm控制技術在逆變電路中的應用方法，和一些調制算法。這篇論文的寫作以及探討研究過程，也是我越來越認識到自己知識與經驗缺乏的過程。雖然， 我盡可能地收集材料，竭盡所能運用自己所學的知識進行論文寫作和研究，但論文還是存在許多不足之處, 有待改進 .請各位評委老師多批評指正，讓我在今后的學習中學到更多. 參考文獻 1 張為佐 . 電力電子技術的二十年及其未來.