第PWM控制技術(shù)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第第 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)第一頁(yè)，共60頁(yè)。2/60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)?？刂萍夹g(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(shí)，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(shí)，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(shí)例實(shí)例

2、(shl) 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(shí)給出了不同窄脈沖時(shí)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形狀不同而沖量相同的各種( zhn)窄脈沖窄脈沖 圖圖7-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 第1頁(yè)/共59頁(yè)第二頁(yè)，共60頁(yè)。3/60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(gè)彼此相連的脈沖寬度為個(gè)彼此相連的脈沖寬度為/N，但

3、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。，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。 把上述脈沖序列利用相同把上述脈沖序列利用相同(xin tn)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(diǎn)和相應(yīng)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（沖量）相等，這就是數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)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（沖量）相等，這就是PWM波形。波形。 對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到對(duì)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

4、沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱波形，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，由直流電源產(chǎn)生的波兩種，由直流電源產(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，如等效所需要的非正弦交流波形等。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形等。 圖圖7-3 用用PWM波代替正弦波代替正弦(zhngxin)半波半波 第2頁(yè)/共59頁(yè)第三頁(yè)，共60頁(yè)。4/60第3頁(yè)/共59頁(yè)第四頁(yè)，共60頁(yè)。

5、5/60計(jì)算法計(jì)算法 根據(jù)逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)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(gè)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(jì)算出來(lái)，按照計(jì)算結(jié)果控波形中各脈沖的寬度和間隔準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)，按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的制逆變電路中各開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形，波形，這種方法稱之為計(jì)算法。這種方法稱之為計(jì)算法。 計(jì)算法是很繁瑣計(jì)算法是很繁瑣(fn su)的，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值的，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化?；蛳辔蛔兓瘯r(shí)，結(jié)果都要變化。 調(diào)制法調(diào)制法 把希望輸出

6、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，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(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。 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。 第4頁(yè)/共59頁(yè)第五頁(yè)，共60頁(yè)。6/60圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變逆變(n bin)電路電路 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(guò)程電路工作過(guò)程 工作時(shí)工作時(shí)V1和和V2通斷互補(bǔ)，通斷互補(bǔ)，V3和和V4通斷也互補(bǔ)，比如通斷也互補(bǔ)，比如(br)在在uo正

7、半周，正半周，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，一段區(qū)間為負(fù)。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)。 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(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uo=Ud。 V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)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(shí)，因?qū)〞r(shí)，因io為負(fù)，故為負(fù)，故io實(shí)際上從實(shí)際上從VD1和和VD4流過(guò)，仍有流過(guò)，仍有uo=Ud。 V4關(guān)斷，關(guān)斷，V3開(kāi)通后，開(kāi)通后，io

8、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交替通斷，負(fù)載電壓交替通斷，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)載第5頁(yè)/共59頁(yè)第六頁(yè)，共60頁(yè)。7/60urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖圖7-4 單相單相(dn xin)橋式橋式PWM逆變電路逆變電路 圖圖7-5 單極性單極性PWM控制控制(kngzh)方方式波形式波形 單極性單極性PWM控制方式控制方式 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)ur為正弦波，載波為正

9、弦波，載波uc在在ur的正半的正半周為周為正極性正極性的三角波，在的三角波，在ur的負(fù)半周為的負(fù)半周為負(fù)極負(fù)極性性的三角波。的三角波。 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(shí)使時(shí)使V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V3關(guān)斷，關(guān)斷， uo=Ud。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)使時(shí)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保持通保持通態(tài)。態(tài)。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)使時(shí)使V3關(guān)斷，關(guān)斷，V4導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=0。 第6頁(yè)/共59頁(yè)第七頁(yè)，共60頁(yè)。8/60urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖圖7-4 單相單相

10、(dn xin)橋式橋式PWM逆變電路逆變電路 圖圖7-6 雙極性雙極性PWM控制方式控制方式(fngsh)波形波形 雙極性雙極性PWM控制方式控制方式 在調(diào)制信號(hào)在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開(kāi)關(guān)器件的通斷。的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開(kāi)關(guān)器件的通斷。 在在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得的的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(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(gè)周期內(nèi)，輸出的的一個(gè)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(duì)各開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同。的正負(fù)半周，對(duì)各開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，時(shí)，V1

11、和和V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2和和V3關(guān)斷，這時(shí)如關(guān)斷，這時(shí)如io0，則，則V1和和V4通，如通，如io0，則，則VD1和和VD4通，不管哪種情況都是通，不管哪種情況都是uo=Ud。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，時(shí)，V2和和V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1和和V4關(guān)斷，這時(shí)如關(guān)斷，這時(shí)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。 第7頁(yè)/共59頁(yè)第八頁(yè)，共60頁(yè)。9/60圖圖7-7 三相三相(sn xin)橋式橋式PWM型型逆變電路逆變電路 圖圖7-8 三相三相(sn xin)橋式橋式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

12、極性控制方式。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(gè)三角波載波用一個(gè)三角波載波uc，三相的調(diào)制信號(hào)，三相的調(diào)制信號(hào)urU、urV和和urW依次相差依次相差120。 第8頁(yè)/共59頁(yè)第九頁(yè)，共60頁(yè)。10/60圖圖7-7 三相三相(sn xin)橋式橋式PWM型逆變型逆變電路電路 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 第9頁(yè)/共59頁(yè)第十頁(yè)，共60頁(yè)。11/60圖圖7-7 三相三相(sn xin)橋式橋式PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-8 三相三相(sn xin)橋式橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 輸出線電壓輸出線電壓PWM波

13、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(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uUV=Ud。 當(dāng)臂當(dāng)臂3和和4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uUV=Ud。 當(dāng)臂當(dāng)臂1和和3或臂或臂4和和6導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，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 3WNVNUNUNUNuuuuu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(gè)臂直通而造成短路，在上下兩臂通斷切換時(shí)要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的為了防止上下兩個(gè)臂直通而造成短路，在上下兩臂通斷切換時(shí)要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間。 第10頁(yè)/共5

14、9頁(yè)第十一頁(yè)，共60頁(yè)。12/60圖圖7-9 特定諧波消去法的輸出特定諧波消去法的輸出(shch)PWM波形波形 特定諧波消去法特定諧波消去法 是計(jì)算法中一種較有代表性的方法。是計(jì)算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)斷各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)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可以控制，除去用一個(gè)自由度來(lái)控制基波幅值外，可以消去個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可以控制，除去用一個(gè)自由度來(lái)控制基波幅值外，可以消去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型逆變電路型逆變電路(dinl)

15、中的中的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。 第11頁(yè)/共59頁(yè)第十二頁(yè)，共60頁(yè)。13/60為了為了(wi le)消除偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩半周期鏡對(duì)稱，即消除偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩半周期鏡對(duì)稱，即 )()(wwtutu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(qinhu)1/4周期以周期以/2為軸線對(duì)稱，即為軸線對(duì)稱，即 )()(tutuww同

16、時(shí)滿足式同時(shí)滿足式(7-1)和式和式(7-2)的波形稱為的波形稱為四分之一周期對(duì)稱波形四分之一周期對(duì)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)(nntnatuww式中，式中，an為為20dsin)(4wwwttntuan(7-1)(7-2)(7-3)第12頁(yè)/共59頁(yè)第十三頁(yè)，共60頁(yè)。14/60圖圖7-9 特定特定(tdng)諧波消去法的輸出諧波消去法的輸出PWM波形波形 因?yàn)閳D因?yàn)閳D7-9的波形是四分之一周期對(duì)稱的，所以在一個(gè)的波形是四分之一周期對(duì)稱的，所以在一個(gè)(y )周期內(nèi)的周期內(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

17、夠獨(dú)立控制的只有時(shí)刻）中，能夠獨(dú)立控制的只有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(dsin2432120332211wwwwwwwwnnnnUttnUttnUttnUttnUadddddn(7-4)第13頁(yè)/共59頁(yè)第十四頁(yè)，共60頁(yè)。15/60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次諧波次諧波(xi b)相互抵消，相互抵消，因此通?？梢钥紤]消去因此通常可以考慮消去5次和次和7次諧波次諧波(xi b)，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，再令的值

18、，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 這樣這樣(zhyng)可以消去兩種特定頻率的諧波，對(duì)于給定的基波幅值可以消去兩種特定頻率的諧波，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也相應(yīng)也相應(yīng)地改變。地改變。 (7-5)第14頁(yè)/共59頁(yè)第十五頁(yè)，共60頁(yè)。16/60載波頻率載波

19、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稱為載波比，根據(jù)載波和稱為載波比，根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式可分為調(diào)制方式可分為(fn wi)異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種。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(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)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(hào)波頻率固定不變，因而當(dāng)信號(hào)波頻率fr變化時(shí)，載變化時(shí)，載波比波比N是變化的。是變化的。 在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，PWM波的脈沖

20、個(gè)數(shù)不固定，相位也不波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不周期的脈沖也不對(duì)稱。對(duì)稱。 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，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小，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(shí)，增高時(shí)，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(duì)稱脈沖不對(duì)稱的影響就變大，輸出的影響就變大，輸出PWM波和正弦波的差異變大，對(duì)于三相波和正弦波的差異變大，對(duì)于三相PWM型型逆變電路來(lái)說(shuō)，三相

21、輸出的對(duì)稱性也變差。逆變電路來(lái)說(shuō)，三相輸出的對(duì)稱性也變差。 在采用異步調(diào)制方式時(shí)，希望采用較高的載波頻率，以使在信號(hào)在采用異步調(diào)制方式時(shí)，希望采用較高的載波頻率，以使在信號(hào)波頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比。波頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比。 第15頁(yè)/共59頁(yè)第十六頁(yè)，共60頁(yè)。17/60ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud圖圖7-10 同步調(diào)制同步調(diào)制(tiozh)三相三相PWM波形波形 同步調(diào)制同步調(diào)制 載波比載波比N等于等于(dngy)常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。 f

22、r變化時(shí)載波比變化時(shí)載波比N不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。 在三相在三相PWM逆變電路中，通常公用一個(gè)三角波載波，為了使三相輸出波形嚴(yán)格對(duì)稱和一相的逆變電路中，通常公用一個(gè)三角波載波，為了使三相輸出波形嚴(yán)格對(duì)稱和一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，取波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，取N為為3的整數(shù)倍且為奇數(shù)。的整數(shù)倍且為奇數(shù)。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的fc也很低，也很低，fc過(guò)低時(shí)由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除，當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲；當(dāng)逆變電路輸出

23、頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的過(guò)低時(shí)由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除，當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲；當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的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。 第16頁(yè)/共59頁(yè)第十七頁(yè)，共60頁(yè)。18/60圖圖7-11 分段同步分段同步(tngb)調(diào)制方式舉調(diào)制方式舉例例 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(gè)頻段，每個(gè)頻段范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)都保持載波比內(nèi)都保持載波比N為恒定，不同頻段的載波為恒定，不同頻段的載波比不同。比不同。 在在fr高的頻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(guò)高，限制在功率開(kāi)關(guān)

24、不致過(guò)高，限制在功率開(kāi)關(guān)(kigun)器件允器件允許的范圍內(nèi)。許的范圍內(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不致過(guò)低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。不致過(guò)低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。 為了防止為了防止fc在切換點(diǎn)附近的來(lái)回跳動(dòng)，在切換點(diǎn)附近的來(lái)回跳動(dòng)，在各頻率切換點(diǎn)采用了滯后切換的方法。在各頻率切換點(diǎn)采用了滯后切換的方法。 有的裝置在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方有的裝置在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，而在高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，式，而在高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣可以把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分段同這樣可以把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分段同步方式的效果接近。步方式的效

25、果接近。 實(shí)線表示輸實(shí)線表示輸出頻率增高出頻率增高時(shí)的切換頻時(shí)的切換頻率率虛線表示虛線表示輸出頻率輸出頻率降低時(shí)的降低時(shí)的切換頻率切換頻率 第17頁(yè)/共59頁(yè)第十八頁(yè)，共60頁(yè)。19/60ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)則規(guī)則(guz)采采樣法樣法 在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，這種生成在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，這種生成SPWM波形的方法稱為波形的方法稱為(chn wi)自然采樣法。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(shí)用方法，其效果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣法小得多

26、。是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，其效果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣法小得多。 方法說(shuō)明方法說(shuō)明 取三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期取三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tc，使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）為對(duì)稱。，使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）為對(duì)稱。 在三角波的負(fù)峰時(shí)刻在三角波的負(fù)峰時(shí)刻tD對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到D點(diǎn)，過(guò)點(diǎn)，過(guò)D點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于A點(diǎn)和點(diǎn)和B點(diǎn)，在點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻點(diǎn)時(shí)刻tA和和B點(diǎn)時(shí)刻點(diǎn)時(shí)刻tB控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷?？刂乒β书_(kāi)關(guān)器件的通斷。 可以看出，用這種規(guī)則采樣法得

27、到的脈沖寬度可以看出，用這種規(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。和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。 第18頁(yè)/共59頁(yè)第十九頁(yè)，共60頁(yè)。20/60ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)則規(guī)則(guz)采采樣法樣法 和和的確定的確定 設(shè)正弦調(diào)制設(shè)正弦調(diào)制(tiozh)信號(hào)波為信號(hào)波為 taurrwsin 式中，式中，a稱為調(diào)制度，稱為調(diào)制度，0a0時(shí)，由時(shí)，由V2、VD4、VD1、Ls和和V3、VD1、VD4、Ls分別組成了兩個(gè)升壓斬波電路。分別組成了兩個(gè)升壓斬波電路。 以包含以包含V2的升壓斬波電路為例，當(dāng)?shù)纳龎簲夭娐窞?/p>

28、例，當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，us通過(guò)通過(guò)V2、VD4向向Ls儲(chǔ)能，當(dāng)儲(chǔ)能，當(dāng)V2關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷時(shí)，Ls中儲(chǔ)存的能量通過(guò)中儲(chǔ)存的能量通過(guò)VD1、VD4向直流側(cè)電容向直流側(cè)電容C充電。充電。 當(dāng)當(dāng)us0時(shí)類似。時(shí)類似。電壓型電壓型PWM整流電路是升壓型整流電路，其輸出直流電壓可以從交流電源電壓峰值附近向高調(diào)節(jié)，使用整流電路是升壓型整流電路，其輸出直流電壓可以從交流電源電壓峰值附近向高調(diào)節(jié)，使用(shyng)時(shí)要注意電力半導(dǎo)體器件的保護(hù)；同時(shí)也要注意，向低調(diào)節(jié)就會(huì)使電路性能惡化，以至不能工作。時(shí)要注意電力半導(dǎo)體器件的保護(hù)；同時(shí)也要注意，向低調(diào)節(jié)就會(huì)使電路性能惡化，以至不能工作。 第47頁(yè)/共59頁(yè)第四十

29、八頁(yè)，共60頁(yè)。49/60負(fù)載負(fù)載圖圖7-32 三相橋式三相橋式PWM整流整流(zhngli)電路電路 三相三相PWM整流電路整流電路 是最基本的是最基本的PWM整流電路之一，其應(yīng)用也最為廣泛整流電路之一，其應(yīng)用也最為廣泛(gungfn)。 電路的工作原理也和前述的單相全橋電路相似，只是從單相擴(kuò)展到三電路的工作原理也和前述的單相全橋電路相似，只是從單相擴(kuò)展到三相。相。 對(duì)電路進(jìn)行對(duì)電路進(jìn)行SPWM控制，在橋的交流輸入端控制，在橋的交流輸入端A、B和和C可得到可得到SPWM電壓，對(duì)各相電壓按圖電壓，對(duì)各相電壓按圖7-31a的相量圖進(jìn)行控制，就可以使各相電流的相量圖進(jìn)行控制，就可以使各相電流ia、

30、ib、ic為正弦波且和電壓相位相同，功率因數(shù)近似為為正弦波且和電壓相位相同，功率因數(shù)近似為1。 該電路也可以工作在圖該電路也可以工作在圖7-31b的逆變運(yùn)行狀態(tài)及圖的逆變運(yùn)行狀態(tài)及圖c或或d的狀態(tài)。的狀態(tài)。 第48頁(yè)/共59頁(yè)第四十九頁(yè)，共60頁(yè)。50/60圖圖7-33 間接間接(jin ji)電流控制系電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)結(jié)構(gòu) 根據(jù)有沒(méi)有引入電流反饋可以將這些控制根據(jù)有沒(méi)有引入電流反饋可以將這些控制(kngzh)方法分為兩種，沒(méi)有引入交流電方法分為兩種，沒(méi)有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制流反饋的稱為間接電流控制(kngzh)，引入交流電流反饋的稱為直接電流控制，引入交流電流反饋的稱為直接電

31、流控制(kngzh)。間接電流控制間接電流控制(kngzh) 也稱為相位和幅值控制也稱為相位和幅值控制(kngzh)，按照?qǐng)D，按照?qǐng)D7-31a（逆變運(yùn)行時(shí)為圖（逆變運(yùn)行時(shí)為圖7-31b）的相量關(guān)）的相量關(guān)系來(lái)控制系來(lái)控制(kngzh)整流橋交流輸入端電壓，使得輸入電流和電壓同相位，從而得到功整流橋交流輸入端電壓，使得輸入電流和電壓同相位，從而得到功率因數(shù)為率因數(shù)為1的控制的控制(kngzh)效果。效果。 控制控制(kngzh)系統(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側(cè)電壓控制系統(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側(cè)電壓控制(kngzh)環(huán)。環(huán)。 三相橋三相橋式電路式電路第49頁(yè)/共59頁(yè)第五十頁(yè)，共60頁(yè)。51/60圖圖7-3

32、3 間接電流間接電流(dinli)控制系統(tǒng)結(jié)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu) 控制原理控制原理 和實(shí)際和實(shí)際(shj)的直流電壓的直流電壓ud比較后送入比較后送入PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出為一直流電流信號(hào)調(diào)節(jié)器的輸出為一直流電流信號(hào)id，id的大小和整流器交流輸入電流幅值成正比。的大小和整流器交流輸入電流幅值成正比。 穩(wěn)態(tài)時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)，ud= ，PI調(diào)節(jié)器輸入為零，調(diào)節(jié)器輸入為零，PI調(diào)節(jié)器的輸出調(diào)節(jié)器的輸出id和負(fù)載電流大小對(duì)應(yīng)，也和交流輸入電流幅值相對(duì)應(yīng)。和負(fù)載電流大小對(duì)應(yīng)，也和交流輸入電流幅值相對(duì)應(yīng)。 負(fù)載電流增大時(shí)，負(fù)載電流增大時(shí)，C放電而使放電而使ud下降，下降，PI的輸入端出現(xiàn)正偏差，使其輸

33、出的輸入端出現(xiàn)正偏差，使其輸出id增大，進(jìn)而使交流輸入電流增大，也使增大，進(jìn)而使交流輸入電流增大，也使ud回升；達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，回升；達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，ud和和 相等，相等，PI調(diào)節(jié)器輸入仍恢復(fù)到零，而調(diào)節(jié)器輸入仍恢復(fù)到零，而id則穩(wěn)定為新的較大的值，與較大的負(fù)載電流和較大的交流輸入電流對(duì)應(yīng)。則穩(wěn)定為新的較大的值，與較大的負(fù)載電流和較大的交流輸入電流對(duì)應(yīng)。 負(fù)載電流減小時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程和上述過(guò)程相反。負(fù)載電流減小時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程和上述過(guò)程相反。*du*du*du第50頁(yè)/共59頁(yè)第五十一頁(yè)，共60頁(yè)。52/60圖圖7-33 間接電流控制系統(tǒng)間接電流控制系統(tǒng)(kn zh x tn)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 從整流運(yùn)行變?yōu)槟孀冞\(yùn)行時(shí)從整流運(yùn)行變?yōu)槟孀冞\(yùn)行時(shí) 負(fù)載電流反向而向直流側(cè)電容負(fù)載電流反向而向直流側(cè)電容C充電，使充電，使ud抬高，抬高，PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器出現(xiàn)負(fù)偏差，其輸出器出現(xiàn)負(fù)偏差，其輸出id減小后變?yōu)樨?fù)值，使交流輸入電流減小后變?yōu)樨?fù)值，使交流輸入電流相位相位(xingwi)和電壓相位和電壓相位(xingwi)反相，實(shí)現(xiàn)逆變運(yùn)行。反相，實(shí)現(xiàn)逆變運(yùn)行。 達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，