第七講 2.3PWM控制基礎(chǔ)課件

1、第二章第二章 電力電子變頻器及電力電子變頻器及PWM控制原理控制原理山東大學(xué)山東大學(xué)2.3 PWM控制基礎(chǔ)控制基礎(chǔ) v 采用晶閘管元件的六脈波采用晶閘管元件的六脈波PAMPAM變頻調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行中存在變頻調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行中存在如下問(wèn)題：如下問(wèn)題：（1 1）整流和逆變需要兩套晶閘管元件，主電路開(kāi)關(guān)元件較）整流和逆變需要兩套晶閘管元件，主電路開(kāi)關(guān)元件較多，裝置龐大；多，裝置龐大；（2 2）低頻時(shí)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，諧波高，對(duì)電網(wǎng)污染大；低頻時(shí)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，諧波高，對(duì)電網(wǎng)污染大；（3 3）由于中間直流環(huán)節(jié)大慣性元件存在，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響）由于中間直流環(huán)節(jié)大慣性元件存在，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)緩慢；應(yīng)緩慢；（4

2、4）逆變器輸出諧波分量大，產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低速）逆變器輸出諧波分量大，產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低速時(shí)尤為嚴(yán)重。時(shí)尤為嚴(yán)重。2.3 PWM控制基礎(chǔ)控制基礎(chǔ) PAM控制控制 它是把變壓（它是把變壓（VV）與變頻（）與變頻（VF）分開(kāi)完成，前）分開(kāi)完成，前面的環(huán)節(jié)用來(lái)改變直流電壓的幅值，后面的環(huán)節(jié)用面的環(huán)節(jié)用來(lái)改變直流電壓的幅值，后面的環(huán)節(jié)用來(lái)改變逆變器輸出的頻率，這種分別控制直流電壓來(lái)改變逆變器輸出的頻率，這種分別控制直流電壓幅值和交流輸出頻率的方法稱為脈沖幅值調(diào)制方式幅值和交流輸出頻率的方法稱為脈沖幅值調(diào)制方式（Pulse Amplitude Modulation）方式，簡(jiǎn)稱）方式，簡(jiǎn)稱PAM控

3、制方式；控制方式；2.3 PWM控制基礎(chǔ)控制基礎(chǔ)ACSCR可控可控整流器整流器六六 拍拍逆變器逆變器DCAC 50Hz調(diào)頻調(diào)頻調(diào)壓調(diào)壓PAM交交-直直-交變頻器交變頻器2.3 PWM控制基礎(chǔ)控制基礎(chǔ)v 隨著自關(guān)斷型電力電子器件（如隨著自關(guān)斷型電力電子器件（如GTO、GTR、IGBT、MOSFET等）、微電子技術(shù)及微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用等）、微電子技術(shù)及微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)的變頻調(diào)速器蓬勃發(fā)展起來(lái)。的變頻調(diào)速器蓬勃發(fā)展起來(lái)。PWM變頻器基本解決了常規(guī)六脈波變頻器中存在的問(wèn)題，變頻器基本解決了常規(guī)六脈波變頻器中存在的問(wèn)題，成為現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展

4、最快的一個(gè)領(lǐng)域。成為現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展最快的一個(gè)領(lǐng)域。 PWM控制控制 它是把變壓（它是把變壓（VV）與變頻（）與變頻（VF）集中于逆變器完成，）集中于逆變器完成，即前面為不可控整流器，中間直流電壓恒定，而后由逆變即前面為不可控整流器，中間直流電壓恒定，而后由逆變器同時(shí)完成變壓與變頻，逆變器采用脈沖寬度調(diào)制器同時(shí)完成變壓與變頻，逆變器采用脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation）的方式，簡(jiǎn)稱）的方式，簡(jiǎn)稱PWM控制方式?？刂品绞?。2.3 PWM控制基礎(chǔ)控制基礎(chǔ)交交- -直直- -交交PWMPWM變壓變頻器變壓變頻器變壓變頻變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻

5、恒壓恒頻(CVCF)PWM逆變器逆變器DCACAC 50Hz調(diào)壓調(diào)頻調(diào)壓調(diào)頻Cv2.3.1. PWM控制原理控制原理 1964年，德國(guó)的年，德國(guó)的A.Schonung等率先把通信系統(tǒng)中等率先把通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到交流調(diào)速領(lǐng)域，提出了脈寬調(diào)制的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到交流調(diào)速領(lǐng)域，提出了脈寬調(diào)制變頻的思想。其變頻的思想。其基本思想是用一系列等幅不等寬的基本思想是用一系列等幅不等寬的矩形脈沖來(lái)逼近理想正弦波，矩形脈沖來(lái)逼近理想正弦波，即通過(guò)控制逆變器功即通過(guò)控制逆變器功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷，在逆變器輸出端獲得一系率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷，在逆變器輸出端獲得一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。改變矩形脈沖的寬列

6、等幅不等寬的矩形脈沖波形。改變矩形脈沖的寬度和調(diào)制周期就可以改變輸出電壓的幅值和頻率。度和調(diào)制周期就可以改變輸出電壓的幅值和頻率。在采樣控制理論中在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不沖量相等而形狀不等的窄脈沖等的窄脈沖 加在具加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。其效果基本相同。v2.3.1. PWM控制原理控制原理 按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈

7、寬調(diào)制望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse width modulationSinusoidal pulse width modulation，SPWMSPWM），），這種序列的矩形波稱作這種序列的矩形波稱作SPWMSPWM波。波。怎樣才能得到所需要的PWM脈沖序列呢？ v2.3.1. PWM控制原理控制原理圖6-6urucuOtOtuouofuoUd-Udv2.3.1. PWM控制原理控制原理圖6-5urucuOtOtuouofuoUd-Uv 以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等

8、腰三角波作為高得多的等腰三角波作為載波載波（Carrier waveCarrier wave），并用），并用頻率和期望波相同的正弦波作為頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波調(diào)制波（Modulation Modulation wavewave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。v2.3.1. PWM控制原理控制原理圖6-5urucuOtOtuouofuoU

9、d- U注意注意: :（1 1）PWMPWM脈沖特點(diǎn)：高度相等，中脈沖特點(diǎn)：高度相等，中心矩相等，但寬度呈正弦變化；心矩相等，但寬度呈正弦變化；（2 2）SPWMSPWM波仍有高次諧波，但幅值波仍有高次諧波，但幅值較大的低次諧波都被消除或被有效較大的低次諧波都被消除或被有效地抑制了；地抑制了；（3 3）PWMPWM控制方式，要求使用高開(kāi)控制方式，要求使用高開(kāi)關(guān)頻率的電力電子元件；關(guān)頻率的電力電子元件；（4 4） PWMPWM技術(shù)在本質(zhì)上是變壓技術(shù)技術(shù)在本質(zhì)上是變壓技術(shù)而不是變頻技術(shù)，是一種區(qū)別于而不是變頻技術(shù)，是一種區(qū)別于PAMPAM的調(diào)壓方式。的調(diào)壓方式。v2.3.1. PWM控制原理控制原

10、理圖6-5urucuOtOtuouofuoUd-Uv2.3.1 PWM控制原理控制原理在在PWM控制中，一般定義調(diào)制比為控制中，一般定義調(diào)制比為 式中，式中，Urm 是正弦調(diào)制波的幅值；是正弦調(diào)制波的幅值；Ucm是三角載波的幅值。是三角載波的幅值。通常通常M在在01之間變化，以調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值。之間變化，以調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值。 cmrmUUM （2-7）v2.3.2 PWM變頻器變頻器 VT1BCAUdCVT4 VT3VT5VT6VT2M3 (a) 圖圖2-18 PWM變頻器的原理圖變頻器的原理圖 (a) 主電路主電路3個(gè)參考信號(hào)互差個(gè)參考信號(hào)互差120且共用一個(gè)載波信號(hào)。且共用一個(gè)載波信號(hào)

11、。ura參考信號(hào)參考信號(hào)發(fā)生器發(fā)生器三角波三角波發(fā)生器發(fā)生器驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)VT1VT6udaudbudcurburcutv2.3.2 PWM變頻器變頻器 v 調(diào)頻原理：調(diào)頻原理： 改變參考波頻率，即可調(diào)節(jié)改變參考波頻率，即可調(diào)節(jié)SPWM波的基波頻率；波的基波頻率；v 調(diào)壓原理：調(diào)壓原理： 改變參考波幅值，即可調(diào)節(jié)改變參考波幅值，即可調(diào)節(jié)SPWM波的寬度，從而改波的寬度，從而改變輸出電壓的有效值；變輸出電壓的有效值；v2.3.2 PWM變頻器變頻器 q PWM和PAM控制的區(qū)別（1）逆變器的開(kāi)關(guān)逆變器的開(kāi)關(guān)采用全控型器件采用全控型器件，只有一個(gè)功率級(jí)；，只有一個(gè)功率級(jí)；（2）采用不控整流，）采用不控整

12、流，電網(wǎng)功率因數(shù)電網(wǎng)功率因數(shù)與負(fù)載電壓無(wú)關(guān)，而接與負(fù)載電壓無(wú)關(guān)，而接近于近于1；（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)與直流環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)，響應(yīng)快；與直流環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)，響應(yīng)快；（4）能消除或抑制低次諧波，因而）能消除或抑制低次諧波，因而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，大大擴(kuò)展，大大擴(kuò)展了電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。了電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。v2.3.2 PWM變頻器變頻器 v2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制v 3. 同步調(diào)制與異步調(diào)制同步調(diào)制與異步調(diào)制 載波比載波比載波頻率載波頻率 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，即，即 N = fc / fr 根據(jù)載波和信號(hào)波根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步是否同步即載波比的變化情況，即載波比的變化

13、情況，PWM調(diào)制方式分為調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制。v （1）同步調(diào)制）同步調(diào)制 同步調(diào)制同步調(diào)制N 等于常數(shù)等于常數(shù)，即在變頻時(shí)使載波頻率和即在變頻時(shí)使載波頻率和信號(hào)波頻率成正比變化。信號(hào)波頻率成正比變化。 fr 變化時(shí)變化時(shí)N不變，信號(hào)波不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；v2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制v 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 三相公用一個(gè)三角波載波，且取三相公用一個(gè)三角波載波，且取 N 為為3的整數(shù)倍，使的整數(shù)倍，使三相三相輸出對(duì)稱輸出對(duì)稱； fr 很低時(shí)很低時(shí)，fc 也很低，脈沖間距大，也很低，脈沖間距大，諧波顯著增加；諧波顯著增加； fr 很高時(shí)

14、，很高時(shí)，fc 會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以承受。會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以承受。v2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制v 同步調(diào)同步調(diào)制三相制三相PWM波形波形ucurUurVurWuuUNuVNOtttt000uWN2Ud-2Udv2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制v （2）異步調(diào)制）異步調(diào)制 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。 保持保持 fc 固定不變，當(dāng)固定不變，當(dāng) fr 變化時(shí)，變化時(shí)，載波比載波比 N 是變化的是變化的； 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)不固定，相位波的脈沖個(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。

15、也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱。v2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制v 異步調(diào)制的異步調(diào)制的特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1) 低頻時(shí)（低頻時(shí)（ fr 較低），較低），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)生的不利影響較小，所以脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響較小，所以低頻時(shí)相應(yīng)地減小低頻時(shí)相應(yīng)地減小了諧波分量了諧波分量； 2）難以保證三相輸出的對(duì)稱關(guān)系，引起電動(dòng)機(jī)）難以保證三相輸出的對(duì)稱關(guān)系，引起電動(dòng)機(jī)工作不平工作不平穩(wěn)穩(wěn)。v2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制v （3）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(gè)頻段，范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不恒

16、定，不同頻段同頻段N不同不同； 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。v2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制v分段同步調(diào)制方式分段同步調(diào)制方式00.40.81.21.62.02.410203040506070802011479969453321圖6-11fr /Hzfc /kHzv2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制v （4 4）混合調(diào)制）混合調(diào)制 可在可在低頻低頻輸出時(shí)采用輸出時(shí)采用異步調(diào)制異步調(diào)制方式，方式，高頻高頻輸出時(shí)切輸出時(shí)切換到換到同步調(diào)制同步

17、調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分段同步方式效果接近。段同步方式效果接近。v2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制圖圖2-19 三相橋式三相橋式PWM逆變器主電路原理圖逆變器主電路原理圖調(diào)制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5BACOOC+C+urUurVurW2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2v2.3.3.同步調(diào)制與異步調(diào)制2.3.4 單極性和雙極性脈寬調(diào)制單極性和雙極性脈寬調(diào)制v 4. 4. 單極性和雙極性脈寬調(diào)制單極性和雙極性脈寬調(diào)制 根據(jù)調(diào)制波的根據(jù)調(diào)制波的正或負(fù)半周期內(nèi)正或負(fù)半周期內(nèi)PWMPWM脈沖的極性

18、脈沖的極性是否變化，是否變化，PWMPWM變頻器的工作方式分為單極性變頻器的工作方式分為單極性工作方式和雙極性工作方式兩種。工作方式和雙極性工作方式兩種。 v （1 1）單極性控制方式）單極性控制方式 正弦波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正弦波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在一種極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的范圍內(nèi)變化，所得到的PWMPWM波也只處于一個(gè)極波也只處于一個(gè)極性范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。性范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。2.3.4 單極性和雙極性脈寬調(diào)制單極性和雙極性脈寬調(diào)制單極性控制方式單極性控制方式圖6-5urucuOtOtuouofuoUd-U信號(hào)波載波圖6-4調(diào)制電路Ud+V1V2V

19、3V4VD1VD2VD3VD4uoRLuruc工作時(shí)工作時(shí)V1和和V2的通斷狀態(tài)互的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，補(bǔ)， V3和和V4的的通斷狀態(tài)也互通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。補(bǔ)。單極性脈寬調(diào)制單極性脈寬調(diào)制在輸出電壓在輸出電壓u0的正半周，讓的正半周，讓V1保持通態(tài)，保持通態(tài)， V2保持?jǐn)啾３謹(jǐn)鄳B(tài)，態(tài)， V3和和V4交替通斷；交替通斷；單極性控制方式單極性控制方式 在輸出電壓在輸出電壓u0的負(fù)半周，讓的負(fù)半周，讓V2保持通態(tài)，保持通態(tài)，V1保保持?jǐn)鄳B(tài)，持?jǐn)鄳B(tài)，V3和和V4交替通斷。交替通斷。圖6-5urucuOtOtuouofuoUd-U雙極性雙極性PWM控制方式控制方式v （2）雙極性）雙極性PWM控制方式控制方式

20、在正弦波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連在正弦波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則所得到的續(xù)變化，則所得到的PWM波也是在正負(fù)之間變化波也是在正負(fù)之間變化，叫，叫做雙極性控制方式。做雙極性控制方式。 圖6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud雙極性雙極性PWM控制方式控制方式信號(hào)波載波圖6-4調(diào)制電路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLuruc雙極性雙極性PWM控制方式控制方式 仍以單相電路為例：仍以單相電路為例：v 在正負(fù)半周對(duì)開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同。即當(dāng)在正負(fù)半周對(duì)開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同。即當(dāng)uruc時(shí)，給時(shí)，給V1和和V4導(dǎo)通信號(hào)，給導(dǎo)通信號(hào)，給

21、V2和和V3關(guān)斷信號(hào)，關(guān)斷信號(hào)，這時(shí)如這時(shí)如i00，則，則V1和和V4導(dǎo)通；如導(dǎo)通；如i00，則，則VD1和和VD4導(dǎo)導(dǎo)通。不論哪種情況都是通。不論哪種情況都是u0=Ud。雙極性雙極性PWM控制方式控制方式1 tO1 t雙極性雙極性PWM控制方式控制方式圖2-20 三相橋式PWM逆變器的雙極性SPWM波形 OOO1 t1 t1 turaurburcut1 tOUd2-Ud21 tuAO-Ud2Ud2-Ud2-UdUd2UduCOuBOuAB雙極性雙極性PWM控制方式控制方式v 雙極性的工作方式?jīng)Q定了每個(gè)載波周期都要出現(xiàn)一次上、雙極性的工作方式?jīng)Q定了每個(gè)載波周期都要出現(xiàn)一次上、下開(kāi)關(guān)管的切換，而

22、單極性逆變器在調(diào)制正弦波的半個(gè)周下開(kāi)關(guān)管的切換，而單極性逆變器在調(diào)制正弦波的半個(gè)周期才切換一次，況且載波頻率一般為期才切換一次，況且載波頻率一般為120kHz，比調(diào)制正，比調(diào)制正弦波高很多，因此弦波高很多，因此雙極性逆變器的切換次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于單極雙極性逆變器的切換次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于單極性逆變器性逆變器。v 雙極性逆變器的輸出電流更接近正弦波，畸變小。雙極性逆變器的輸出電流更接近正弦波，畸變小。雙極性雙極性PWM控制方式控制方式v 脈寬調(diào)制的約束條件脈寬調(diào)制的約束條件 為保證開(kāi)關(guān)元件安全工作，所調(diào)制的脈沖波有為保證開(kāi)關(guān)元件安全工作，所調(diào)制的脈沖波有最小脈最小脈寬和最小間隙寬和最小間隙的限制，以保證脈沖寬

23、度和間隙大于開(kāi)的限制，以保證脈沖寬度和間隙大于開(kāi)關(guān)元件的關(guān)元件的t tonon和和t toffoff。雙極性雙極性PWM控制方式控制方式（3）單）單/雙極性工作方式的性能比較雙極性工作方式的性能比較v 5. PWM5. PWM控制的性能指標(biāo)控制的性能指標(biāo) 電流諧波電流諧波 諧波電流引起電機(jī)電流有效值增加，電流波形畸變，諧波電流引起電機(jī)電流有效值增加，電流波形畸變，功率因數(shù)降低，銅耗和鐵耗上升等。功率因數(shù)降低，銅耗和鐵耗上升等。 諧波電流有效值為諧波電流有效值為-TdttitiTI021h)()(15. PWM控制的性能指標(biāo)控制的性能指標(biāo) 總電流諧波畸變率總電流諧波畸變率THDTHD（Total

24、 Harmonic DistortionTotal Harmonic Distortion） 式中，式中，I I1 1為基波電流的有效值；為基波電流的有效值；n n為傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的為傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的諧波分量階次。諧波分量階次。22111THDnnhIIII5. PWM控制的性能指標(biāo)控制的性能指標(biāo) 開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損耗開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損耗v 隨著開(kāi)關(guān)頻率提高，輸出交流信號(hào)諧波成分下降，但隨著開(kāi)關(guān)頻率提高，輸出交流信號(hào)諧波成分下降，但對(duì)周圍電子設(shè)備的干擾增大。對(duì)周圍電子設(shè)備的干擾增大。v 同時(shí)，各種電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率受到其固有的開(kāi)同時(shí)，各種電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率受到其固有的開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗的限

25、制，因此開(kāi)關(guān)頻率必須低于其關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗的限制，因此開(kāi)關(guān)頻率必須低于其規(guī)定的最高開(kāi)關(guān)頻率。規(guī)定的最高開(kāi)關(guān)頻率。5. PWM控制的性能指標(biāo)控制的性能指標(biāo)v 電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率：電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率： SCR：300500HZ GTO：12KHZ GTR： 15KHZ MOSFET、IGBT：2030KHZ5. PWM控制的性能指標(biāo)控制的性能指標(biāo) 思考題：思考題：v為什么調(diào)制比為什么調(diào)制比M既不能過(guò)大，既不能過(guò)大， 也不能過(guò)?。恳膊荒苓^(guò)??？vPWM控制的最小脈寬和最小間隙有何限制？控制的最小脈寬和最小間隙有何限制？2.4 PWM控制技術(shù)控制技術(shù) vPWMPWM波形生成方法有波形生成方法有調(diào)

26、制法調(diào)制法和和計(jì)算法計(jì)算法兩種。兩種。1.自然采樣法自然采樣法 圖圖2-21 自然采樣法生成自然采樣法生成SPWM波形波形t0t1t2t3t4t5ut0 0ucur在正弦波與三角波在正弦波與三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)器件的制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而生成通斷，從而生成SPWMSPWM波形的方法波形的方法. 1.自然采樣法自然采樣法v 一般采用的方法是，先將正弦參考波一般采用的方法是，先將正弦參考波ur和三角波和三角波uc以表以表格的形式存在存儲(chǔ)器內(nèi)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)采用查表的方法或僅格的形式存在存儲(chǔ)器內(nèi)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)采用查表的方法或僅通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算得到脈寬的大小。通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算得到

27、脈寬的大小。v 采用這種方法，當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)頻率變化范圍較大時(shí)，將占采用這種方法，當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)頻率變化范圍較大時(shí)，將占用較大的內(nèi)存空間，所以僅適用于有限調(diào)速范圍的場(chǎng)合。用較大的內(nèi)存空間，所以僅適用于有限調(diào)速范圍的場(chǎng)合。 2.4 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)2. 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 圖圖2-22 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法SPWM調(diào)制模式調(diào)制模式A ABt2t3t1MBAcuAtMTtv在工程上更實(shí)用的簡(jiǎn)在工程上更實(shí)用的簡(jiǎn)化方法，彌補(bǔ)自然采樣化方法，彌補(bǔ)自然采樣法的不足，且力求采樣法的不足，且力求采樣效果，接近于自然采樣效果，接近于自然采樣法，又不必占用太多的法，又不必占用太多的計(jì)算時(shí)間。計(jì)算時(shí)間。2.規(guī)則采樣

28、法規(guī)則采樣法v 規(guī)則采樣法原理規(guī)則采樣法原理三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tc。自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合。峰點(diǎn)）重合。規(guī)則采樣法使兩者重合，每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角規(guī)則采樣法使兩者重合，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(jiǎn)化。波中點(diǎn)為對(duì)稱，使計(jì)算大為簡(jiǎn)化。2.規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法v 根據(jù)脈沖電壓對(duì)三角載波的對(duì)稱性，脈沖寬度根據(jù)脈沖電壓對(duì)三角載波的對(duì)稱性，脈沖寬度t t2 2和間隙時(shí)和間隙時(shí)間間t t1 1及及t t3 3可由下面公式計(jì)算（設(shè)三角波峰值

29、為標(biāo)幺值可由下面公式計(jì)算（設(shè)三角波峰值為標(biāo)幺值1 1）：）： Mtt2sin22tMTTt（2-12） )(212t31TTtt-（2-13）式中式中Tt為三角載波的周期。為三角載波的周期。 2.規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 根據(jù)上述采樣原理和計(jì)算公式，可以用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制根據(jù)上述采樣原理和計(jì)算公式，可以用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)生產(chǎn)生SPWMSPWM波形，具體實(shí)現(xiàn)方法有：波形，具體實(shí)現(xiàn)方法有：v 查表法查表法可以先離線計(jì)算出相應(yīng)的脈寬可以先離線計(jì)算出相應(yīng)的脈寬 等數(shù)據(jù)存放在等數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，然后在調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制過(guò)程中通過(guò)查表和加、內(nèi)存中，然后在調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制過(guò)程中通過(guò)查表和加、減運(yùn)算求出各相脈寬時(shí)間和

30、間隙時(shí)間。減運(yùn)算求出各相脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。2.規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法v 實(shí)時(shí)計(jì)算法實(shí)時(shí)計(jì)算法事先在內(nèi)存中存放正弦函數(shù)，控制時(shí)事先在內(nèi)存中存放正弦函數(shù)，控制時(shí)先查出正弦值，與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度先查出正弦值，與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度M作乘法運(yùn)作乘法運(yùn)算，再根據(jù)給定的載波頻率查出相應(yīng)的算，再根據(jù)給定的載波頻率查出相應(yīng)的Tt /2值，由計(jì)值，由計(jì)算公式計(jì)算脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。算公式計(jì)算脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。3. 電流滯環(huán)跟蹤型電流滯環(huán)跟蹤型PWM控制控制 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 應(yīng)用應(yīng)用PWMPWM控制技術(shù)的變壓變頻器一般都是電壓源控制技術(shù)的變壓變頻器一般都是電壓源型的，它可以按需要方便地控制其輸出電壓型的，它可以按需要方便地控制其輸出電壓. . 但是，在異步電機(jī)中，實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦但是，在異步電機(jī)中，實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流，因?yàn)槿嗥胶獾恼译娏鞑拍苁购铣傻碾姶挪娏?，因?yàn)槿嗥胶獾恼译娏鞑拍苁购铣傻碾姶呸D(zhuǎn)矩為恒定值，不含脈動(dòng)分量。轉(zhuǎn)矩為恒定值，不含脈動(dòng)分量。3. 電流滯環(huán)跟蹤型電流滯環(huán)跟蹤型PWM控制控制v 另一方面，電壓型變頻器直流電源是恒壓源，允許電流突另一方面，電壓型變頻器直流電源是恒壓源，