電力電子技術(shù) kPE課件8.2專(zhuān)業(yè)課教材

§8.3PWM控制的基本原理PWM(PulseWidthModulation)控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。1）重要理論基礎(chǔ)——面積等效原理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)波形基本相同圖1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)f(t)d(t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf(t)f(t)f(t)b)圖2沖量相等的各種窄脈沖的響應(yīng)波形具體的實(shí)例說(shuō)明“面積等效原理”a）u(t)－電壓窄脈沖，是電路的輸入。

i(t)－輸出電流，是電路的響應(yīng)。

Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波Ouωt>若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。Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波Ouωt>將正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。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。使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等。各脈沖的幅值相等，寬度按正弦規(guī)律變化。PWM波形和正弦半波等效，即面積等效原理。

三點(diǎn)式PWM：又稱(chēng)作單極性PWM，總是單極性躍變。整個(gè)波形包含有三種電平，即+Ud/2，0V，-Ud/2，所以又被稱(chēng)作三電平（ThreeLevel）PWM。脈沖個(gè)數(shù)越多,正弦脈寬變化越平滑,則越逼近正弦,諧波亦越小。即開(kāi)關(guān)頻率高,則波形好,濾波容易。-Ud/2+Ud/2

t

tuuoGoback兩點(diǎn)式PWM波形(雙極性PWM)對(duì)應(yīng)于正弦波的每個(gè)半周都是雙極性跳變的脈沖序列，在正負(fù)兩電平間跳變(TwoLevel)。脈寬按正弦規(guī)律變化，在每個(gè)等份上的正負(fù)面積之代數(shù)和(平均面積)按正弦規(guī)律變化，即符合面積等效原理。2電平PWM各脈沖的占空比按正弦規(guī)律變化：在0~t1這一等份上，對(duì)應(yīng)的正弦波瞬時(shí)值為正值，脈沖占空比應(yīng)大于50%，正、負(fù)面積的平均值為正值。在正弦波過(guò)零點(diǎn)近旁，脈沖占空比應(yīng)接近等于50%，使正、負(fù)面積的平均值趨于零。在負(fù)半周各等份上對(duì)應(yīng)的脈沖占空比均小于50%。2電平PWM圖8-21兩點(diǎn)式（雙極性）PWM波形

t+Ud/2-Ud/2t10uoGoback

PWM基波平均面積變化波形兩點(diǎn)式PWM波形不如三點(diǎn)式波形更逼近正弦：要達(dá)到同樣的基波、諧波成分要求，兩點(diǎn)式PWM需要更高的開(kāi)關(guān)頻率，每半周脈沖個(gè)數(shù)N要增大。三點(diǎn)式PWM采用較低的開(kāi)關(guān)頻率可以獲得較好的波形質(zhì)量，故開(kāi)關(guān)損耗小，更適用于大功率逆變器。2電平PWM3電平PWM8.4PWM逆變電路及其控制方法

PWM逆變主電路也可分為電壓型和電流型兩種類(lèi)型。但目前電壓型PWM應(yīng)用較多。主要講述電壓型PWM逆變電路的控制方法。計(jì)算法控制：根據(jù)正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，計(jì)算PWM波形中各脈沖的寬度和間隔時(shí)間。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PWM波形。計(jì)算法很繁瑣，難以實(shí)時(shí)在線計(jì)算。調(diào)制法：把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)載波來(lái)承載信息。通常采用載頻三角波比較法。載頻三角波比較法: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。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(chēng)，在波形交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。通過(guò)調(diào)制波與三角形載波比較來(lái)獲得PWM控制信號(hào)。8.4.1單相半橋逆變電路的PWM控制Goback

載頻三角波比較法及半橋輸出波形Goback半橋逆變器調(diào)制系數(shù)：m=Urm/Ucm

，通常在0~1之間。改變