PWM控制基本原理

1、PWM控制基本原理引言引言PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制）控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。要波形（含形狀和幅值）。第第5章的直流斬波電路實際上采用的就是章的直流斬波電路實際上采用的就是PWM技術(shù)，第技術(shù)，第6章中涉章中涉及到及到PWM控制技術(shù)的地方有兩處，一處是第控制技術(shù)的地方有兩處，一處是第6.1節(jié)中的斬控式交流節(jié)中的斬控式交流調(diào)壓電路，另一處是第調(diào)壓電路，另一處是第6.4節(jié)矩陣式變頻電路。節(jié)矩陣式變頻電路

2、。 PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對逆變電路的影響也控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻，現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是最為深刻，現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變型逆變電路。電路。 27.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理面積等效原理面積等效原理 是是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。 原理內(nèi)容：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。原理內(nèi)容：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。 沖量即指窄脈沖的面積。沖量即指窄脈沖的面積。 效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的

3、輸出響應(yīng)波形基本相同。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 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。 實例實例 將圖將圖7-1a、b、c、d所示的脈沖作為輸入，加在圖所示的脈沖作為輸入，加在圖7-2a所示的所示的R-L電路上，設(shè)其電流電路上，設(shè)其電流i(t)為電路的輸出，圖為電路的輸出，圖7-2b給出了不同窄脈沖時給出了不同窄脈沖時i(t)的響應(yīng)波形。的響應(yīng)波形。 圖圖7-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 圖圖7-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形

4、沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 37.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理用用PWM波代替正弦半波波代替正弦半波 將正弦半波看成是由將正弦半波看成是由N個彼此相連的脈沖寬度為個彼此相連的脈沖寬度為 /N，但，但幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的。幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的。 把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是和相應(yīng)的正弦波部

5、分面積（沖量）相等，這就是PWM波形。波形。 對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。波形。 脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波波形，也稱形，也稱SPWM（Sinusoidal PWM）波形。）波形。 PWM波形可分為等幅波形可分為等幅PWM波和不等幅波和不等幅PWM波兩種，由波兩種，由直流電源產(chǎn)生的直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅波通常是等幅PWM波。波?；诘刃娣e原理，基于等效面積原理，PWM波形還可以等效成其他所需要的波形還可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波

6、形等。波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。 圖圖7-3 用用PWM波代替正弦半波波代替正弦半波 47.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法 7.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法 7.2.2 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制 7.2.3 7.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 7.2.4 PWM7.2.4 PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析 7.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率提高直流電壓利用率 和減少開關(guān)次數(shù)和減少開關(guān)次數(shù) 7.2.6 7.2.6 空間矢量空間矢量SVPWMSVPWM控制控制 7.2.7 PWM7.2.7 PWM逆變電路的

7、多重化逆變電路的多重化57.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法計算法計算法 根據(jù)逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)根據(jù)逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)，將，將PWM波形中各脈沖的寬度和間隔準(zhǔn)確計算出來，按照計算結(jié)果控波形中各脈沖的寬度和間隔準(zhǔn)確計算出來，按照計算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形，這波形，這種方法稱之為計算法。種方法稱之為計算法。 計算法是很繁瑣的，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化計算法是很繁瑣的，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果

8、都要變化。時，結(jié)果都要變化。 調(diào)制法調(diào)制法 把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。波形。 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。多。 67.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路 單相橋式單相橋式PWM逆變電路（調(diào)制法）逆變電路（調(diào)制法） 電路工作過程電路工作過程 工作時工作時V1和和V2通斷互補(bǔ)，通斷互補(bǔ)，V3和和V

9、4通斷也互補(bǔ)，比如在通斷也互補(bǔ)，比如在uo正正半周，半周，V1導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2關(guān)斷，關(guān)斷，V3和和V4交替通斷。交替通斷。 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，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)。一段區(qū)間為負(fù)。 在負(fù)載電流為正的區(qū)間，在負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和和V4導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，uo=Ud。 V4關(guān)斷時，負(fù)載電流通過關(guān)斷時，負(fù)載電流通過V1和和VD3續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為V1和和V4導(dǎo)通時，因?qū)〞r，因io為負(fù)為負(fù)，故，故io實際上從實際上從VD1和和VD4流過，仍有流過，仍有uo=Ud

10、。 V4關(guān)斷，關(guān)斷，V3開通后，開通后，io從從V3和和VD1續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 uo總可以得到總可以得到Ud和零兩種電平。和零兩種電平。 在在uo的負(fù)半周，讓的負(fù)半周，讓V2保持通態(tài)，保持通態(tài)，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和和V4交交替通斷，負(fù)載電壓替通斷，負(fù)載電壓uo可以得到可以得到-Ud和零兩種電平。和零兩種電平。 阻感負(fù)載阻感負(fù)載77.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路 圖圖7-5 單極性單極性PWM控制方式波形控制方式波形 單極性單極性PWM控制方式控制方式 調(diào)制信號調(diào)制

11、信號ur為正弦波，載波為正弦波，載波uc在在ur的正半周的正半周為正極性的三角波，在為正極性的三角波，在ur的負(fù)半周為負(fù)極性的三的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。角波。 在在ur的正半周，的正半周，V1保持通態(tài)，保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)保持?jǐn)鄳B(tài)。 當(dāng)當(dāng)uruc時使時使V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V3關(guān)斷，關(guān)斷， uo=Ud。 當(dāng)當(dāng)uruc時使時使V4關(guān)斷，關(guān)斷，V3導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=0。 在在ur的負(fù)半周，的負(fù)半周，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，保持?jǐn)鄳B(tài)，V2保持通態(tài)。保持通態(tài)。 當(dāng)當(dāng)uruc時使時使V3關(guān)斷，關(guān)斷，V4導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=0。 87.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法urucuOwtOwtuouo

12、fuoUd-Ud圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路 圖圖7-6 雙極性雙極性PWM控制方式波形控制方式波形 雙極性雙極性PWM控制方式控制方式 在調(diào)制信號在調(diào)制信號ur和載波信號和載波信號uc的交點時刻控的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。制各開關(guān)器件的通斷。 在在ur的半個周期內(nèi)，三角波載波有正有的半個周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得的負(fù)，所得的PWM波也是有正有負(fù)，在波也是有正有負(fù)，在ur的一個的一個周期內(nèi)，輸出的周期內(nèi)，輸出的PWM波只有波只有Ud兩種電平。兩種電平。 在在ur的正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相的正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。同。 當(dāng)當(dāng)uruc時，時

13、，V1和和V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2和和V3關(guān)斷，這關(guān)斷，這時如時如io0，則，則V1和和V4通，如通，如io0，則，則VD1和和VD4通通，不管哪種情況都是，不管哪種情況都是uo=Ud。 當(dāng)當(dāng)uruc時，時，V2和和V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1和和V4關(guān)斷，關(guān)斷，這時如這時如io0，則，則VD2和和VD3通，不管哪種情況都是通，不管哪種情況都是uo=-Ud。 97.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法圖圖7-7 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-8 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 三相橋式三相橋式PWM逆變電路（調(diào)制法）逆變電路（調(diào)制法） 采用雙極性控制方式。

14、采用雙極性控制方式。 U、V和和W三相的三相的PWM控制通常公控制通常公用一個三角波載波用一個三角波載波uc，三相的調(diào)制信，三相的調(diào)制信號號urU、urV和和urW依次相差依次相差120。 107.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法電路工作過程（電路工作過程（U相為例）相為例） 當(dāng)當(dāng)urUuc時，上橋臂時，上橋臂V1導(dǎo)通，下橋臂導(dǎo)通，下橋臂V4關(guān)斷，則關(guān)斷，則U相相對于直流電源假想中點相相對于直流電源假想中點N的輸出電壓的輸出電壓uUN=Ud/2。 當(dāng)當(dāng)urUuc時，時，V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1關(guān)斷，則關(guān)斷，則uUN=-Ud/2。 V1和和V4的驅(qū)動信號始終是互補(bǔ)的。的驅(qū)動信號始終是

15、互補(bǔ)的。 當(dāng)給當(dāng)給V1(V4)加導(dǎo)通信號時，可能是加導(dǎo)通信號時，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可導(dǎo)通，也可能是二極管能是二極管VD1(VD4)續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來決定。電流的方向來決定。 uUN、uVN和和uWN的的PWM波形都只有波形都只有Ud/2兩種電兩種電平。平。 圖圖7-7 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-8 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 117.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法圖圖7-7 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-8 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形

16、輸出線電壓輸出線電壓PWM波由波由Ud和和0三種電平構(gòu)成。三種電平構(gòu)成。 當(dāng)臂當(dāng)臂1和和6導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，uUV=Ud。 當(dāng)臂當(dāng)臂3和和4導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，uUV=Ud。 當(dāng)臂當(dāng)臂1和和3或臂或臂4和和6導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，uUV=0。 負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓uUN可由下式求得可由下式求得 負(fù)載相電壓的負(fù)載相電壓的PWM波由波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和和0共共5種種電平組成。電平組成。 為了防止上下兩個臂直通而造成短路，在上下兩臂通斷為了防止上下兩個臂直通而造成短路，在上下兩臂通斷切換時要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。切換時要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。 127.2.1

17、7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法圖圖7-9 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 特定諧波消去法特定諧波消去法 是計算法中一種較有代表性的方法。是計算法中一種較有代表性的方法。 如果在輸出電壓半個周期內(nèi)開關(guān)器件開通和關(guān)斷各如果在輸出電壓半個周期內(nèi)開關(guān)器件開通和關(guān)斷各k次，考慮到次，考慮到PWM波四分之一周期對稱，波四分之一周期對稱，共有共有k個開關(guān)時刻可以控制，除去用一個自由度來控制基波幅值外，可以消去個開關(guān)時刻可以控制，除去用一個自由度來控制基波幅值外，可以消去k1個頻個頻率的特定諧波。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

18、為例波形為例 在輸出電壓的半個周期內(nèi)，器件開通和關(guān)斷各在輸出電壓的半個周期內(nèi)，器件開通和關(guān)斷各3次（不包括次（不包括0和和時刻），共有時刻），共有6個開關(guān)時個開關(guān)時刻可以控制。刻可以控制。 137.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法為了消除偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩半周期鏡對稱，即為了消除偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩半周期鏡對稱，即 為了消除諧波中的余弦項，簡化計算過程，應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后為了消除諧波中的余弦項，簡化計算過程，應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后1/4周期以周期以 /2為軸線對稱，即為軸線對稱，即 同時滿足式同時滿足式(7-1)和式和式(7-2)的波形稱為四分之一周期對稱波形

19、，這種波形可用傅里葉級數(shù)表示為的波形稱為四分之一周期對稱波形，這種波形可用傅里葉級數(shù)表示為式中，式中，an為為(7-1)(7-2)(7-3)147.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法圖圖7-9 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 因為圖因為圖7-9的波形是四分之一周期對稱的，所以在一個周期內(nèi)的的波形是四分之一周期對稱的，所以在一個周期內(nèi)的12個開關(guān)時刻（不包括個開關(guān)時刻（不包括0和和 時時刻）中，能夠獨立控制的只有刻）中，能夠獨立控制的只有 1、 2和和 3共共3個時刻，該波形的個時刻，該波形的an為為 (7-4)157.2.1 7.2.1 計算法和調(diào)制法計算

20、法和調(diào)制法在三相對稱電路的線電壓中，相電壓所含的在三相對稱電路的線電壓中，相電壓所含的3次諧波相互抵消，因此通?？梢钥紤]消去次諧波相互抵消，因此通?？梢钥紤]消去5次和次和7次諧波，根據(jù)需要確定基波分量次諧波，根據(jù)需要確定基波分量a1的值，再令的值，再令a5和和a7等于等于0，就可以建立，就可以建立三個方程，聯(lián)立可求得三個方程，聯(lián)立可求得 1、 2和和 3。 這樣可以消去兩種特定頻率的諧波，對于給定的基波幅值這樣可以消去兩種特定頻率的諧波，對于給定的基波幅值a1，求解上述方程可得，求解上述方程可得一組一組 1、 2和和 3，基波幅值，基波幅值a1改變時，改變時， 1、 2和和 3也相應(yīng)地改變。也

21、相應(yīng)地改變。 (7-5)167.2.2 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制載波頻率載波頻率fc與調(diào)制信號頻率與調(diào)制信號頻率fr之比之比N= fc/fr稱為載波比，根據(jù)載波和信號波是否稱為載波比，根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式可分為異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種。調(diào)制方式可分為異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種。 異步調(diào)制異步調(diào)制 載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。 通常保持載波頻率通常保持載波頻率fc固定不變，因而當(dāng)信號波頻率固定不變，因而當(dāng)信號波頻率fr變化時，載波比變化時，載

22、波比N是變是變化的?；?。 在信號波的半個周期內(nèi)，在信號波的半個周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。周期的脈沖也不對稱。 當(dāng)當(dāng)fr較低時，較低時，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。波形接近正弦波。 當(dāng)當(dāng)fr增高時，增高時，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變脈沖不對稱的影響就變大，輸出大，輸出PWM波

23、和正弦波的差異變大，對于三相波和正弦波的差異變大，對于三相PWM型逆變電路來說，三相型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差。輸出的對稱性也變差。 在采用異步調(diào)制方式時，希望采用較高的載波頻率，以使在信號波頻率較高在采用異步調(diào)制方式時，希望采用較高的載波頻率，以使在信號波頻率較高時仍能保持較大的載波比。時仍能保持較大的載波比。 177.2.2 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud-2Ud圖圖7-10 同步調(diào)制三相同步調(diào)制三相PWM波形波形 同步調(diào)制同步調(diào)制 載波比載波比N等于常數(shù)，并在變頻時使載波等于常數(shù)，并在變頻時使載

24、波和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。 fr變化時載波比變化時載波比N不變，信號波一個周不變，信號波一個周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。是固定的。 在三相在三相PWM逆變電路中，通常公用一個逆變電路中，通常公用一個三角波載波，為了使三相輸出波形嚴(yán)格對稱三角波載波，為了使三相輸出波形嚴(yán)格對稱和一相的和一相的PWM波正負(fù)半周鏡對稱，取波正負(fù)半周鏡對稱，取N為為3的的整數(shù)倍且為奇數(shù)。整數(shù)倍且為奇數(shù)。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時，同步調(diào)制當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時，同步調(diào)制時的時的fc也很低，也很低，fc過低時由調(diào)制帶

25、來的諧波不易過低時由調(diào)制帶來的諧波不易濾除，當(dāng)負(fù)載為電動機(jī)時也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩濾除，當(dāng)負(fù)載為電動機(jī)時也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲；當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時，同脈動和噪聲；當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時，同步調(diào)制時的步調(diào)制時的fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。會過高，使開關(guān)器件難以承受。 187.2.2 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制圖圖7-11 分段同步調(diào)制方式舉例分段同步調(diào)制方式舉例 分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制 把把fr范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)都保范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)都保持載波比持載波比N為恒定，不同頻段的載波比不同。為恒定，不同頻段的載波比不同。 在在fr高的頻

26、段采用較低的載波比，以使高的頻段采用較低的載波比，以使fc不致過高，限制在功率開關(guān)器件允許的范不致過高，限制在功率開關(guān)器件允許的范圍內(nèi)。圍內(nèi)。 在在fr低的頻段采用較高的載波比，以使低的頻段采用較高的載波比，以使fc不不致過低而對負(fù)載產(chǎn)生不利影響。致過低而對負(fù)載產(chǎn)生不利影響。 為了防止為了防止fc在切換點附近的來回跳動，在各在切換點附近的來回跳動，在各頻率切換點采用了滯后切換的方法。頻率切換點采用了滯后切換的方法。 有的裝置在低頻輸出時采用異步調(diào)制有的裝置在低頻輸出時采用異步調(diào)制方式，而在高頻輸出時切換到同步調(diào)制方方式，而在高頻輸出時切換到同步調(diào)制方式，這樣可以把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，和式，這樣

27、可以把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，和分段同步方式的效果接近。分段同步方式的效果接近。 實線表示輸出實線表示輸出頻率增高時的頻率增高時的切換頻率切換頻率虛線表示虛線表示輸出頻率輸出頻率降低時的降低時的切換頻率切換頻率 197.2.3 7.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關(guān)器件的在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關(guān)器件的通斷，這種生成通斷，這種生成SPWM波形的方法稱為自然采樣法波形的方法稱為自然采樣法。 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 是一種應(yīng)用較廣的工程實用方法，其效果接近

28、自是一種應(yīng)用較廣的工程實用方法，其效果接近自然采樣法，但計算量卻比自然采樣法小得多。然采樣法，但計算量卻比自然采樣法小得多。 方法說明方法說明 取三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期取三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期Tc，使每個脈沖的中點都以相應(yīng)的三角波中點（即負(fù)，使每個脈沖的中點都以相應(yīng)的三角波中點（即負(fù)峰點）為對稱。峰點）為對稱。 在三角波的負(fù)峰時刻在三角波的負(fù)峰時刻tD對正弦信號波采樣而對正弦信號波采樣而得到得到D點，過點，過D點作一水平直線和三角波分別交于點作一水平直線和三角波分別交于A點和點和B點，在點，在A點時刻點時刻tA和和B點時刻點時刻tB控制功率開關(guān)器控制功率開關(guān)器件的通斷。

29、件的通斷。 可以看出，用這種規(guī)則采樣法得到的脈可以看出，用這種規(guī)則采樣法得到的脈沖寬度沖寬度d d和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。近。 207.2.3 7.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 d d和和d d的確定的確定 設(shè)正弦調(diào)制信號波為設(shè)正弦調(diào)制信號波為 式中，式中，a稱為調(diào)制度，稱為調(diào)制度，0aw wr，是很容易濾除的。，是很容易濾除的。 當(dāng)調(diào)制信號波不是正弦波，而是其它波形時，其諧波由兩部當(dāng)調(diào)制信號波不是正弦波，而是其它波形時，其諧波由兩部分組成，一部分是對

30、信號波本身進(jìn)行諧波分析所得的結(jié)果，另分組成，一部分是對信號波本身進(jìn)行諧波分析所得的結(jié)果，另一部分是由于信號波對載波的調(diào)制而產(chǎn)生的諧波。一部分是由于信號波對載波的調(diào)制而產(chǎn)生的諧波。 267.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率、減少開關(guān)次數(shù)在提高直流電壓利用率、減少開關(guān)次數(shù)在PWM型逆變電路中是很重要型逆變電路中是很重要的。的。 直流電壓利用率是指逆變電路所能輸出的交流電壓基波最大幅值直流電壓利用率是指逆變電路所能輸出的交流電壓基波最大幅值U1m和直流電壓和直流電壓Ud之比。之比。 提高直流電壓利用率可以提高逆變器的輸出能力。提高

31、直流電壓利用率可以提高逆變器的輸出能力。 減少功率器件的開關(guān)次數(shù)可以降低開關(guān)損耗。減少功率器件的開關(guān)次數(shù)可以降低開關(guān)損耗。正弦波調(diào)制的三相正弦波調(diào)制的三相PWM逆變電路的直流電壓利用率很低。逆變電路的直流電壓利用率很低。 在調(diào)制度在調(diào)制度a為最大值為最大值1時，輸出相電壓的基波幅值為時，輸出相電壓的基波幅值為Ud/2，輸出線，輸出線電壓的基波幅值為電壓的基波幅值為 ，即直流電壓利用率僅為，即直流電壓利用率僅為0.866。 實際電路工作時，考慮到功率器件的開通和關(guān)斷都需要時間，實際電路工作時，考慮到功率器件的開通和關(guān)斷都需要時間，如不采取其他措施，調(diào)制度不可能達(dá)到如不采取其他措施，調(diào)制度不可能達(dá)

32、到1，實際能得到的直流電壓，實際能得到的直流電壓利用率比利用率比0.866還要低。還要低。 277.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)ucurUurVurWuuUNOwtOwtOwtOwtuVNuUV圖圖7-15 梯形波為調(diào)制信號的梯形波為調(diào)制信號的PWM控制控制 采用梯形波作為調(diào)制信號采用梯形波作為調(diào)制信號 當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時，當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時，梯形波所含的基波分量幅值已超過了三角梯形波所含的基波分量幅值已超過了三角波幅值，可以有效地提高直流電壓利用率波幅值，可以有效地提高直流電壓利用率。 決定功率開關(guān)器件通斷的方法

33、和用正弦決定功率開關(guān)器件通斷的方法和用正弦波作為調(diào)制信號波時完全相同。波作為調(diào)制信號波時完全相同。 對梯形波的形狀用三角化率對梯形波的形狀用三角化率 = Ut/Uto來來描述，其中描述，其中Ut為以橫軸為底時梯形波的為以橫軸為底時梯形波的高，高，Uto為以橫軸為底邊把梯形兩腰延長后相為以橫軸為底邊把梯形兩腰延長后相交所形成的三角形的高。交所形成的三角形的高。 =0時梯形波變?yōu)榫匦尾?，時梯形波變?yōu)榫匦尾ǎ?=1時梯形時梯形波變?yōu)槿遣?。波變?yōu)槿遣ā?287.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)圖圖7-16 變化時的變化時的和直流電壓利用率和直流電

34、壓利用率 圖圖7-17 變化時的各次諧波含量變化時的各次諧波含量 由于梯形波中含有低次諧波，調(diào)制后的由于梯形波中含有低次諧波，調(diào)制后的PWM波仍含有同樣的低次諧波，設(shè)由這些低次諧波（不包括波仍含有同樣的低次諧波，設(shè)由這些低次諧波（不包括由載波引起的諧波）產(chǎn)生的波形畸變率為由載波引起的諧波）產(chǎn)生的波形畸變率為d d，則三角化率，則三角化率 不同時，不同時，d d和直流電壓利用率和直流電壓利用率U1m/Ud也也不同。不同。 =0.4時，諧波含量也較少，約為時，諧波含量也較少，約為3.6%，直流電壓利用率為，直流電壓利用率為1.03，綜合效果較好。，綜合效果較好。用梯形波調(diào)制時，輸出波形中含有用梯形

35、波調(diào)制時，輸出波形中含有5次、次、7次等低次諧波，這是梯形波調(diào)制的缺點，實際應(yīng)用時，次等低次諧波，這是梯形波調(diào)制的缺點，實際應(yīng)用時，可以考慮將正弦波和梯形波結(jié)合使用。可以考慮將正弦波和梯形波結(jié)合使用。297.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)uucr1uOwturur1uOwtur3圖圖7-18 疊加疊加3次諧波的調(diào)制信號次諧波的調(diào)制信號 線電壓控制方式線電壓控制方式 目標(biāo)是使輸出的線電壓波形中不含低次諧波，同時盡可能提高直流電壓利用率，也應(yīng)盡量減目標(biāo)是使輸出的線電壓波形中不含低次諧波，同時盡可能提高直流電壓利用率，也應(yīng)盡量減少功率器件的開關(guān)次

36、數(shù)。少功率器件的開關(guān)次數(shù)。 在相電壓正弦波調(diào)制信號中疊加適當(dāng)大小的在相電壓正弦波調(diào)制信號中疊加適當(dāng)大小的3次諧波，使之成為鞍形波，則經(jīng)過次諧波，使之成為鞍形波，則經(jīng)過PWM調(diào)調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓中也必然包含制后逆變電路輸出的相電壓中也必然包含3次諧波，且三相的三次諧波相位相同，在合次諧波，且三相的三次諧波相位相同，在合成線電壓時，各相電壓的成線電壓時，各相電壓的3次諧波相互抵消，線電壓為正弦波。次諧波相互抵消，線電壓為正弦波。 圖圖7-18中，調(diào)制信號中，調(diào)制信號ur成為鞍形波，基波分量成為鞍形波，基波分量ur1的幅值更大，但的幅值更大，但ur的最大值不超過三角的最大值不超過三角波載波最

37、大值。波載波最大值。 基波基波ur1正峰值附近恰為正峰值附近恰為3次次諧波諧波ur3的負(fù)半波，兩者相互的負(fù)半波，兩者相互抵消。抵消。 307.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)圖圖7-19 線電壓控制方式舉例線電壓控制方式舉例 線電壓控制方式舉例線電壓控制方式舉例 可以在正弦調(diào)制信號中疊加可以在正弦調(diào)制信號中疊加3次諧波外，還可次諧波外，還可以疊加其他以疊加其他3倍頻于正弦波的信號，也可以再疊加直流倍頻于正弦波的信號，也可以再疊加直流分量，這些都不會影響線電壓。分量，這些都不會影響線電壓。 圖圖7-19中，中，up中既包含中既包含3的整數(shù)倍次諧

38、波，也包含直的整數(shù)倍次諧波，也包含直流分量，而且其大小是隨正弦信號的大小而變化的，設(shè)三流分量，而且其大小是隨正弦信號的大小而變化的，設(shè)三角波載波幅值為角波載波幅值為1，三相調(diào)制信號中的正弦波分量分別，三相調(diào)制信號中的正弦波分量分別為為urU1、urV1和和urW1，并令，并令 則三相的調(diào)制信號分別為則三相的調(diào)制信號分別為(7-12)(7-13)317.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)圖圖7-19 線電壓控制方式舉例線電壓控制方式舉例 不論不論urU1、urV1和和urW1幅值的大小，幅值的大小，urU、urV、urW中總有中總有1/3周期的值

39、是和三角波負(fù)峰值相等周期的值是和三角波負(fù)峰值相等的，其值為的，其值為-1，在這，在這1/3周期中，并不對調(diào)制周期中，并不對調(diào)制信號值為信號值為-1的一相進(jìn)行控制，而只對其他兩的一相進(jìn)行控制，而只對其他兩相進(jìn)行相進(jìn)行PWM控制，因此也稱為兩相控制方控制，因此也稱為兩相控制方式。式。兩相控制方式有以下優(yōu)點兩相控制方式有以下優(yōu)點 在信號波的在信號波的1/3周期內(nèi)開關(guān)器件不動作，可周期內(nèi)開關(guān)器件不動作，可使功率器件的開關(guān)損耗減少使功率器件的開關(guān)損耗減少1/3。 最大輸出線電壓基波幅值為最大輸出線電壓基波幅值為Ud，和相電壓，和相電壓控制方法相比，直流電壓利用率提高了控制方法相比，直流電壓利用率提高了1

40、5%。 輸出線電壓中不含低次諧波，這是因為輸出線電壓中不含低次諧波，這是因為相電壓中相應(yīng)于相電壓中相應(yīng)于up的諧波分量相互抵消的緣故的諧波分量相互抵消的緣故，這一性能優(yōu)于梯形波調(diào)制方式。，這一性能優(yōu)于梯形波調(diào)制方式。 327.2.6 7.2.6 空間矢量空間矢量SVPWMSVPWM控制控制空間矢量空間矢量SVPWM控制技術(shù)廣泛運(yùn)用于變頻器中，驅(qū)動交流電機(jī)時，使電機(jī)的磁鏈控制技術(shù)廣泛運(yùn)用于變頻器中，驅(qū)動交流電機(jī)時，使電機(jī)的磁鏈成為圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，從而使電機(jī)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。成為圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，從而使電機(jī)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。 空間矢量空間矢量SVPWM控制技術(shù)控制技術(shù) 圖圖4-9所示的三相電壓型

41、橋式逆變電路，采用所示的三相電壓型橋式逆變電路，采用180導(dǎo)通方式，共有導(dǎo)通方式，共有8種工作狀態(tài)，即種工作狀態(tài)，即V6、V1、V2通，通，V1、V2、V3通，通，V2、V3、V4通，通，V3、V4、V5通，通，V4、V5、V6通，通，V5、V6、V1通通，以及，以及V1、V3、V5通和通和V2、V4、V6通，用通，用“1”表示每相上橋臂開關(guān)導(dǎo)通，用表示每相上橋臂開關(guān)導(dǎo)通，用“0”表示下橋臂表示下橋臂開關(guān)導(dǎo)通，則上述開關(guān)導(dǎo)通，則上述8種工作狀態(tài)可依次表示為種工作狀態(tài)可依次表示為100、110、010、011、001、101以及以及111和和000。 前前6種狀態(tài)有輸出電壓，屬有效工作狀態(tài)，而后

42、兩種全部是上管通或下管通，沒有輸出電種狀態(tài)有輸出電壓，屬有效工作狀態(tài)，而后兩種全部是上管通或下管通，沒有輸出電壓，稱之為零工作狀態(tài)，故對于這種基本的逆變器，稱之為壓，稱之為零工作狀態(tài)，故對于這種基本的逆變器，稱之為6拍逆變器。拍逆變器。 圖圖4-9 三相電壓型橋式逆變電路三相電壓型橋式逆變電路 337.2.6 7.2.6 空間矢量空間矢量SVPWMSVPWM控制控制圖圖7-20 電壓空間矢量六邊形電壓空間矢量六邊形 圖圖7-21 空間電壓矢量的線形組合空間電壓矢量的線形組合 對于對于6拍逆變器，在每個工作周期中，拍逆變器，在每個工作周期中，6種有效工種有效工作狀態(tài)各出現(xiàn)一次，每一種狀態(tài)持續(xù)作狀

43、態(tài)各出現(xiàn)一次，每一種狀態(tài)持續(xù)60，在一，在一個周期中個周期中6個電壓矢量共轉(zhuǎn)過個電壓矢量共轉(zhuǎn)過360，形成一個封閉，形成一個封閉的正六邊形，對于的正六邊形，對于111和和000這兩個這兩個“零工作狀態(tài)零工作狀態(tài)”，在這里表現(xiàn)為位于原點的零矢量，坐落在正六邊形的在這里表現(xiàn)為位于原點的零矢量，坐落在正六邊形的中心點。中心點。 采用采用PWM控制，就可以使交流電機(jī)的磁通盡量接近控制，就可以使交流電機(jī)的磁通盡量接近圓形，工作頻率越高，磁通就越接近圓形，需要的電壓圓形，工作頻率越高，磁通就越接近圓形，需要的電壓矢量不是矢量不是6個基本電壓矢量時，可以用兩個基本矢量和零個基本電壓矢量時，可以用兩個基本矢量

44、和零矢量的組合來實現(xiàn)。矢量的組合來實現(xiàn)。如圖如圖7-21中，所要的矢量為中，所要的矢量為us，用基本矢量，用基本矢量u1和和u2的線形組合來實現(xiàn)，的線形組合來實現(xiàn)，u1和和u2的作用時間一般小的作用時間一般小于開關(guān)周期于開關(guān)周期To的的60，不足的時間可用，不足的時間可用“零矢量零矢量”補(bǔ)補(bǔ)齊。齊。 347.2.7 PWM7.2.7 PWM逆變電路的多重化逆變電路的多重化圖圖7-22 二重二重PWM型逆變電路型逆變電路 目的是為了提高等效開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗，減少和載波有目的是為了提高等效開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗，減少和載波有關(guān)的諧波分量。關(guān)的諧波分量。PWM逆變電路多重化聯(lián)結(jié)方式有變壓器方式

45、和電抗器方逆變電路多重化聯(lián)結(jié)方式有變壓器方式和電抗器方式。式。電抗器聯(lián)接的二重電抗器聯(lián)接的二重PWM逆變電路逆變電路 電路的輸出從電抗器中心抽頭處引出。電路的輸出從電抗器中心抽頭處引出。 兩個單元逆變電路的載波信號相互錯開兩個單元逆變電路的載波信號相互錯開180，輸出，輸出端相對于直流電源中點端相對于直流電源中點N的電壓的電壓uUN=(uU1N+uU2N)/2，已變?yōu)?，已變?yōu)閱螛O性單極性PWM波了，輸出線電壓共有波了，輸出線電壓共有0、(1/2)Ud、Ud五個電五個電平，比非多重化時諧波有所減少。平，比非多重化時諧波有所減少。 所加電壓的頻率越高，電抗器所需的電感量就越小。所加電壓的頻率越高，

46、電抗器所需的電感量就越小。圖圖7-23 二重二重PWM型逆變電路輸出波形型逆變電路輸出波形 357.2.7 PWM7.2.7 PWM逆變電路的多重化逆變電路的多重化二重化后，輸出電壓中所含諧波的角二重化后，輸出電壓中所含諧波的角頻率仍可表示為頻率仍可表示為nw wc+kw wr，但其中當(dāng)，但其中當(dāng)n為為奇數(shù)時的諧波已全部被除去，諧波的最低奇數(shù)時的諧波已全部被除去，諧波的最低頻率在頻率在2w wc附近，相當(dāng)于電路的等效載附近，相當(dāng)于電路的等效載波頻率提高了一倍。波頻率提高了一倍。 圖圖7-22 二重二重PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-23 二重二重PWM型逆變電路輸出波形型逆變電路輸出波形

47、367.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 7.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 7.3.2 三角波比較方式三角波比較方式377.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式圖圖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 跟蹤控制方法：把希望輸出的電流跟蹤控制方法：把希望輸出的電流或電壓波形作為指令信號，把實際電或電壓波形作為指令信號，把實際電流或電壓波形作為反饋信號，通過兩流或電壓波形作為反饋信號，通過兩者的瞬時值比較來決定逆變電路各功者的瞬時值比較來決定逆變電路各

48、功率開關(guān)器件的通斷，使實際的輸出跟率開關(guān)器件的通斷，使實際的輸出跟蹤指令信號變化蹤指令信號變化滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 電流跟蹤控制應(yīng)用最多。電流跟蹤控制應(yīng)用最多。 PWM電流跟蹤控制單相半橋式逆電流跟蹤控制單相半橋式逆變電路變電路 把指令電流把指令電流i*和實際輸出電流和實際輸出電流i的的偏差偏差i*-i作為帶有滯環(huán)特性的比較器的作為帶有滯環(huán)特性的比較器的輸入，通過其輸出來控制功率器件輸入，通過其輸出來控制功率器件V1和和V2的通斷。的通斷。 電抗器電抗器387.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式控制規(guī)律控制規(guī)律 當(dāng)當(dāng)V1（或（或VD1）導(dǎo)通時，）導(dǎo)通時，i增大。增大。 當(dāng)當(dāng)V2（或（或VD2

49、）導(dǎo)通時，）導(dǎo)通時，i減小。減小。 通過環(huán)寬為通過環(huán)寬為2I的滯環(huán)比較器的控制，的滯環(huán)比較器的控制，i就在就在i*+I和和i*-I的范圍內(nèi)，呈鋸的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤指令電流齒狀地跟蹤指令電流i*。環(huán)寬過寬時，開關(guān)頻率低，跟蹤環(huán)寬過寬時，開關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差誤差大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。增大。L大時，大時，i的變化率小，跟蹤慢；的變化率小，跟蹤慢；L小時，小時，i的變化率大，開關(guān)頻率過的變化率大，開關(guān)頻率過高。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*

50、-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 397.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式圖圖7-26 三相電流跟蹤型三相電流跟蹤型PWM逆變電路逆變電路 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 三相電流跟蹤型三相電流跟蹤型PWM逆變電路逆變電路 由三個單相半橋電路組成，三相電流指由三個單相半橋電路組成，三相電流指令信號令信號i*U、i*V和和i*W依次相差依次相差120。 在線電壓的正半周和負(fù)半周內(nèi)，都有極在線電壓的正半周和負(fù)半周內(nèi)，都有極性相反的脈沖輸出，這將使輸出電壓中的諧波性相反的脈沖輸出，這將使輸出電壓

51、中的諧波分量增大，也使負(fù)載的諧波損耗增加。分量增大，也使負(fù)載的諧波損耗增加。采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路有如變流電路有如下特點下特點 硬件電路簡單。硬件電路簡單。 實時控制，電流響應(yīng)快。實時控制，電流響應(yīng)快。 不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。的諧波。 和計算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時輸和計算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時輸出電流中高次諧波含量多。出電流中高次諧波含量多。 屬于屬于閉環(huán)控制，是各種跟蹤型閉環(huán)控制，是各種跟蹤型PWM變流電變流電路的共同特點。路的共同特點。407.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比

52、較方式圖圖7-28 電壓跟蹤控制電路舉例電壓跟蹤控制電路舉例 電壓跟蹤控制電壓跟蹤控制 把指令電壓把指令電壓u*和輸出電壓和輸出電壓u進(jìn)行比較，濾除偏差信號中的諧波，濾波器的輸出送入進(jìn)行比較，濾除偏差信號中的諧波，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器，由比較器輸出控制開關(guān)器件的通斷，從而實現(xiàn)電壓跟蹤控制。滯環(huán)比較器，由比較器輸出控制開關(guān)器件的通斷，從而實現(xiàn)電壓跟蹤控制。 輸出電壓輸出電壓PWM波形中含大量高次諧波，必須用適當(dāng)?shù)臑V波器濾除。波形中含大量高次諧波，必須用適當(dāng)?shù)臑V波器濾除。 u*=0時，輸出電壓時，輸出電壓u為頻率較高的矩形波，相當(dāng)于一個自勵振蕩電路。為頻率較高的矩形波，相當(dāng)于一個自勵振蕩電路

53、。 u*為直流信號時，為直流信號時，u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。矩形波。 u*為交流信號時，只要其頻率遠(yuǎn)低于上述自勵振蕩頻率，從為交流信號時，只要其頻率遠(yuǎn)低于上述自勵振蕩頻率，從u中濾除由器件通斷產(chǎn)生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的高次諧波后，所得的波形就幾乎和u* 相同，從而實現(xiàn)電壓跟蹤控制。相同，從而實現(xiàn)電壓跟蹤控制。417.3.2 三角波比較方式三角波比較方式圖圖7-29 三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路 三角波比較方式三角波比較方式 把指令

54、電流把指令電流i*U、i*V和和i*W和逆變電路實和逆變電路實際輸出的電流際輸出的電流iU、iV、iW進(jìn)行比較，求出偏差進(jìn)行比較，求出偏差電流，通過放大器電流，通過放大器A放大后，再去和三角波放大后，再去和三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM波形。波形。 放大器放大器A通常具有比例積分特性或比例通常具有比例積分特性或比例特性，其系數(shù)直接影響著逆變電路的電流跟特性，其系數(shù)直接影響著逆變電路的電流跟蹤特性。蹤特性。 特點特點 開關(guān)頻率固定，等于載波頻率，高頻濾開關(guān)頻率固定，等于載波頻率，高頻濾波器設(shè)計方便。波器設(shè)計方便。 為改善輸出電壓波形，三角波載波常用為改善輸出電壓波形，三角波載波常用三相

55、三角波載波。三相三角波載波。 和滯環(huán)比較控制方式相比，這種控和滯環(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。制方式輸出電流所含的諧波少。427.3.2 三角波比較方式三角波比較方式定時比較方式定時比較方式 不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個固定的時鐘。不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個固定的時鐘。 以固定的采樣周期對指令信號和被控制變量進(jìn)行采樣，并以固定的采樣周期對指令信號和被控制變量進(jìn)行采樣，并根據(jù)二者偏差的極性來控制變流電路開關(guān)器件的通斷，使被根據(jù)二者偏差的極性來控制變流電路開關(guān)器件的通斷，使被控制量跟蹤指令信號。控制量跟蹤指令信號。 以單相半橋逆變電路為例，在時鐘信號到來的采樣時刻以單相半

56、橋逆變電路為例，在時鐘信號到來的采樣時刻 如如i i*，V1關(guān)斷，關(guān)斷，V2導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使i減小。減小。 每個采樣時刻的控制作用都使實際電流與指令電流的誤差減小。每個采樣時刻的控制作用都使實際電流與指令電流的誤差減小。 采用定時比較方式時，器件的最高開關(guān)頻率為時鐘頻率的采用定時比較方式時，器件的最高開關(guān)頻率為時鐘頻率的1/21/2。 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。度低一些。437.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 7.4.1 PWM整流電路的工作原理整流電路的工作原理 7.4.2 P

57、WM整流電路的控制方法整流電路的控制方法447.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法引言引言實際應(yīng)用的整流電路幾乎都是晶閘管相控整流電路或二極實際應(yīng)用的整流電路幾乎都是晶閘管相控整流電路或二極管整流電路。管整流電路。 隨著觸發(fā)延遲角隨著觸發(fā)延遲角 的增大，位移因數(shù)降低。的增大，位移因數(shù)降低。 輸入電流中諧波分量相當(dāng)大，功率因數(shù)很低。輸入電流中諧波分量相當(dāng)大，功率因數(shù)很低。 把逆變電路中的把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就控制技術(shù)用于整流電路，就形成了形成了PWM整流電路。整流電路。 通過對通過對PWM整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入電流

58、非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為因數(shù)近似為1。 也稱為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器。也稱為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器。 457.4.1 PWM整流電路的工作原理整流電路的工作原理圖圖7-30 單相單相PWM整流電路整流電路a)單相半橋電路單相半橋電路 b)單相全橋電路單相全橋電路 可分為電壓型和電流型兩大類，目前研究和應(yīng)用較多的是可分為電壓型和電流型兩大類，目前研究和應(yīng)用較多的是電壓型電壓型PWM整流電路。整流電路。單相單相PWM整流電路整流電路 對于半橋電路來說，直流側(cè)電容必須由兩個電容串聯(lián)，對于半橋電路來說

59、，直流側(cè)電容必須由兩個電容串聯(lián)，其中點和交流電源連接，對于全橋電路來說，直流側(cè)電容只其中點和交流電源連接，對于全橋電路來說，直流側(cè)電容只要一個就可以了。要一個就可以了。 工作原理（以全橋電路為例）工作原理（以全橋電路為例） 按照正弦信號波和三角波相比較的方法對按照正弦信號波和三角波相比較的方法對圖圖7-30b中的中的V1V4進(jìn)行進(jìn)行SPWM控制，就可以在橋的交控制，就可以在橋的交流輸入端流輸入端AB產(chǎn)生一個產(chǎn)生一個SPWM波波uAB。 uAB中含有和正弦信號波同頻率且幅值成比例中含有和正弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波載波有關(guān)的頻率很高的諧的基波分量，以及和三角波載波有關(guān)的頻

60、率很高的諧波，而不含有低次諧波。波，而不含有低次諧波。 由于由于Ls的濾波作用，的濾波作用，is脈動很小，可以忽略，所以脈動很小，可以忽略，所以當(dāng)正弦信號波的頻率和電源頻率相同時，當(dāng)正弦信號波的頻率和電源頻率相同時，is也為與電源頻也為與電源頻率相同的正弦波。率相同的正弦波。 包括外接電抗器的電感包括外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必須是電路正常工作所必須的。的。467.4.1 PWM整流電路的工作原理整流電路的工作原理圖圖7-31 PWM整流電路的運(yùn)行方式相量圖整流電路的運(yùn)行方式相量圖 a) 整流運(yùn)行整流運(yùn)行 b) 逆變運(yùn)行逆變運(yùn)行 c) 無功補(bǔ)償運(yùn)行