斬波開關(guān)技術(shù).ppt

第7章PWM控制技術(shù) 7 1PWM控制的基本原理7 2PWM逆變電路及其控制方法 第六章PWM控制技術(shù) PWM PulseWidthModulation 控制就是脈寬調(diào)制技術(shù) 即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制 來等效的獲得所需要的波形 含形狀和幅值 第5章直流斬波電路實(shí)際上采用的就是PWM技術(shù) 第6章的6 1斬控式調(diào)壓電路和6 4矩陣式變頻電路都有涉及 引言 第六章PWM控制技術(shù) PWM控制的思想源于通信技術(shù) 全控型器件的發(fā)展使得實(shí)現(xiàn)PWM控制變得十分容易 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最為深刻 現(xiàn)在大量應(yīng)用于逆變電路中 中小功率逆變電路幾乎都是PWM型逆變電路 PWM控制技術(shù)正是依賴于在逆變電路中的成功應(yīng)用 才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位 本章和第4章 逆變電路 相結(jié)合講解 進(jìn)一步加深我們對逆變電路和PWM控制技術(shù)的認(rèn)識 引言 6 4 PWM的基本原理PWM控制方式PWM在逆變電路中的應(yīng)用 電壓型 PWM調(diào)制方式 第六章PWM控制技術(shù) 掌握內(nèi)容 7 1PWM控制的基本原理 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 返回 7 1PWM控制的基本原理 b 圖6 2沖量相等的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 具體的實(shí)例說明 面積等效原理 a e 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) 返回 SPWM波 7 1PWM控制的基本原理 如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波 返回 7 1PWM控制的基本原理 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 SPWM波 如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波 返回 面積 沖量 相等 中點(diǎn)重合 寬度按正弦規(guī)律變化 等幅 7 1PWM控制的基本原理 對于正弦波的負(fù)半周 采取同樣的方法 得到PWM波形 因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為 根據(jù)面積等效原理 正弦波還可等效為下圖中的PWM波 而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛 返回 7 1PWM控制的基本原理 返回 7 1PWM控制的基本原理 2 PWM電流波電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制 得到的就是PWM電流波 返回 7 2PWM逆變電路及其控制方法 目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù) 逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合 本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體 PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種 目前實(shí)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路 返回 7 2PWM逆變電路及其控制方法 7 2 1計(jì)算法和調(diào)制法7 2 2異步調(diào)制和同步調(diào)制 返回 7 2 1計(jì)算法和調(diào)制法 1 計(jì)算法 根據(jù)正弦波頻率 幅值和半周期脈沖數(shù) 準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔 據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷 就可得到所需PWM波形 本法較繁瑣 當(dāng)輸出正弦波的頻率 幅值或相位變化時(shí) 結(jié)果都要變化 返回 7 2 1計(jì)算法和調(diào)制法 將信號波與載波進(jìn)入調(diào)制電路調(diào)制 調(diào)制電路的輸出信號作為開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號 把希望輸出的波形作為信號波ur 常用等腰三角波作為載波uc 2 調(diào)制法 圖7 4單相橋式PWM逆變電路 結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調(diào)制法進(jìn)行說明 返回 7 2 1計(jì)算法和調(diào)制法 2 調(diào)制法 圖7 4單相橋式PWM逆變電路 V4關(guān)斷時(shí) 負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流 uo 0負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間 V1和V4仍導(dǎo)通 io為負(fù) 實(shí)際上io從VD1和VD4流過 仍有uo Ud V4關(guān)斷V3開通后 io從V3和VD1續(xù)流 uo 0 uo總可得到Ud和零兩種電平 uo負(fù)半周 讓V2保持通 V1保持?jǐn)?V3和V4交替通斷 uo可得 Ud和零兩種電平 返回 7 2 1計(jì)算法和調(diào)制法 對照上述兩圖可以看出 單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制 也可采用雙極性調(diào)制 由于對開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同 它們的輸出波形也有較大的差別 返回 6 18 電路的實(shí)現(xiàn) 因?yàn)槟壳皩?shí)際應(yīng)用的PWM逆變電路幾乎全為電壓型逆變電路 所以這里我們以電壓型逆變電路為例 結(jié)合PWM在逆變電路中的應(yīng)用體現(xiàn)電路的實(shí)現(xiàn) 單向全橋PWM逆變電路 關(guān)鍵在于調(diào)制電路 7 2 1計(jì)算法和調(diào)制法 返回 6 19 1 單極性SPWM SSPWM 特點(diǎn) 載波uc在ur正半周 都用正極性三角波 在負(fù)半周都用負(fù)極性三角波 在正半周 ur大于uc時(shí) 相應(yīng)的器件開通 U0 Ud 當(dāng)ur小于uc時(shí) 相應(yīng)的器件關(guān)斷U0 0 在負(fù)半周 ur大于uc時(shí) 相應(yīng)的器件關(guān)斷U0 0 當(dāng)ur小于uc時(shí) 相應(yīng)的器件開通 U0 Ud 在調(diào)制信號ur的半個(gè)周期內(nèi) 三角波uc只在一個(gè)方向上變化 得到的SPWM波形也只在一個(gè)方向上變化 故稱之為單極性SPWM 圖7 5單極性PWM控制方式波形 7 2 1計(jì)算法和調(diào)制法 返回 6 20 7 2 2分析幾種調(diào)制電路 電路 1 返回 6 21 1 當(dāng)Vr大與Vc時(shí) 根據(jù)調(diào)制電路分析 器件是何工作狀態(tài) 2 當(dāng)Vr小與Vc時(shí) 根據(jù)調(diào)制電路分析 器件是何工作狀態(tài) 7 2 2分析幾種調(diào)制電路 電路 2 返回 6 22 2 雙極性SPWM BSPWM 雙極性PWM控制方式波形 特點(diǎn) 載波Uc在調(diào)制波Ur的正負(fù)兩個(gè)半周期內(nèi) 都在正負(fù)兩個(gè)方向變化 不再單一了 調(diào)制波Ur仍為正弦波 在Uc與Ur的交點(diǎn)時(shí)刻控制各器件的通斷 輸出的SPWM波形在兩個(gè)方向變化 故稱之為雙極性SPWM 7 2 2分析幾種調(diào)制電路 返回 6 23 請同學(xué)分析 7 2 2分析幾種調(diào)制電路 電路 3 返回 7 2 3異步調(diào)制和同步調(diào)制 根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況 PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制 通常保持fc固定不變 當(dāng)fr變化時(shí) 載波比N是變化的在信號波的半周期內(nèi) PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定 相位也不固定 正負(fù)半周期的脈沖不對稱 半周期內(nèi)前后1 4周期的脈沖也不對稱當(dāng)fr較低時(shí) 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當(dāng)fr增高時(shí) N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大 返回 7 2 3異步調(diào)制和同步調(diào)制 2 同步調(diào)制 載波信號和調(diào)制信號保持同步的調(diào)制方式 當(dāng)變頻時(shí)使載波與信號波保持同步 即N等于常數(shù) 基本同步調(diào)制方式 fr變化時(shí)N不變 信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定 三相電路中公用一個(gè)三角波載波 且取N為3的整數(shù)倍 使三相輸出對稱 為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對稱 N應(yīng)取奇數(shù) fr很低時(shí) fc也很低 由調(diào)制帶來的諧波不易濾除 fr很高時(shí) fc會過高 使開關(guān)器件難以承受 返回 7 2 3異步調(diào)制和同步調(diào)制 3 分段同步調(diào)制 異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用 把整個(gè)fr范圍劃分成若干個(gè)頻段 每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定 不同頻段的N不同 在fr高的頻段采用較低的N 使載波頻率不致過高 在fr低的頻段采用較高的N 使載波頻率不致過低 為防止fc在切換點(diǎn)附近來回跳動(dòng) 采用滯后切換的方法 同步調(diào)制比異步調(diào)制復(fù)雜 但用微機(jī)控制時(shí)容易實(shí)現(xiàn) 可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式