電力電子課件ppt第六章

1、第六章PWM控制技術(shù)引言 PWM (Pulse Width Modulation)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)。第3、4章已涉及到PWM控制，第3章直流斬波電路采用 的就PWM技術(shù)；第4章的4.1斬控式調(diào)壓電路和4.4矩陣 式變頻電路都涉及到了。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技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能 大大提高，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十分 重要的地位。PWM控制技術(shù)正是有賴(lài)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?，F(xiàn)在

2、使用的 各種逆變電路都采用了PWM技術(shù)，因此，本章和第5章（逆變電路）相結(jié)合，才能使我們對(duì)逆變電路有完整地 認(rèn)識(shí)。機(jī)電工穫紊6.1 PWM控制的基本思想重要理論基礎(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/(04/(Of/ / / /0a）矩形脈沖b）三角形脈沖c）正弦半波脈沖d）單位脈沖函數(shù)圖61形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖機(jī)電工裡親(Qb)a) 69為電壓窄脈沖，為電路的輸入，電流丿為電路的輸出，丄&丿的上升階段,脈沖形狀不同，2&丿得形狀也略有不同,但其下降段則幾乎完全相同，脈沖越窄，各了69

3、波形的差異也越小如周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)丿也是周期性的用傅里葉級(jí)數(shù)分解后，各,&丿在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同圖6-2沖星相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形-上述原理為面積等效原理，是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)6.1 PWM控制的基本思想擊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SPWM 波正弦波形”等效成其他所需波形，女口：Os5ms10ms15ms20ms25ms30ms所需波形等效的PWM波1(控制髒&I PUIfll的基*廈理A62 PWM逆變電路及其控制方法&$ PUIffl跟蹤控制技術(shù)PUIfll整漏電踣廉其控制方濟(jì)本章小結(jié)6.2 PWM逆變電路及其控制方法目

4、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(chǎng)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。6.2.1計(jì)算法和調(diào)制法D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(kāi)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。2）調(diào)制法結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說(shuō)明工作時(shí)和V?通斷互補(bǔ), V3和V4通斷也互補(bǔ)。3以t/。正半周為例，通,%v2 K%厶叫V2Br, V3和V

5、4交替通間為負(fù)。爭(zhēng)負(fù)載電流為正的區(qū)間，圖6 4單相橋式PWM逆變電%和V4導(dǎo)通時(shí)，-等于路4。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)A調(diào)制 電路信號(hào)波上li 載波亠機(jī)電工裡親機(jī)電工裡親1+R Li 叫VD.信號(hào)液嚴(yán)阿載波亠電路cot圖66雙極性PWM控制方式譽(yù)3）雙極性PWM控制方式（單相橋逆變） 在叫和叫的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷+在色的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù) 所得PWM波也有正有負(fù)，其幅值只有 土 4兩種電平。申同樣在調(diào)制信號(hào)坷和載波信號(hào)叭的交點(diǎn)時(shí) 刻控制器件的通斷?？ㄖ?fù)半周，對(duì)各開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律利 咼當(dāng)耳仏時(shí)，給和V4導(dǎo)通信號(hào)，給冷和V3關(guān)斷信號(hào)

6、。-如A。，和V4通，如VQ 和VD4通，%=人。-當(dāng)舛氓時(shí)，給色和V3導(dǎo)通信號(hào)， 給和V4關(guān)斷信號(hào)。-如V?和V3通，如VD2和VD3通，uo=-Ud 0機(jī)電工程系鞏極性PWM控制方式(三和林適變丿圖677I VDC ZKvd5U、V和W三相的PWM控制通 常公用三角波載波c，三相 的調(diào)制信號(hào)4u、和依 次相差120。U、V和W各相功率開(kāi)關(guān)器 件的控制規(guī)律相同Nvn北 ZSVD三相橋式PWM型逆變電路調(diào)制 電路V4H3VV6 I ,當(dāng)件u4時(shí)，給V導(dǎo)通信 號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，則“UN，=q/2當(dāng)時(shí)，給V4導(dǎo)通信 號(hào)，給V關(guān)斷信號(hào)，則“UN，二-4/2當(dāng)給V(V加導(dǎo)通信號(hào)時(shí) 可能是vT (v4

7、)導(dǎo)通，也可能 是二極管VD(VD4)續(xù)流導(dǎo)通1機(jī)電工裡親4）雙極性PWM控制方式（三相橋逆變）爭(zhēng)三相的PWM控制 公用三角波載波叫爭(zhēng)三相的調(diào)制信號(hào)、 陷v和Yw依次相差 120調(diào)制聲 電路商67三相橋式PWM型逆變電路機(jī)電工裡親F面以u(píng)相為例分析控制規(guī)律:11 rUrVlt c 11 rW爭(zhēng)當(dāng)叫u叫時(shí)，給V導(dǎo)通信號(hào)，給 V4關(guān)斷信號(hào)，U備二UJ2。爭(zhēng)當(dāng)叫產(chǎn)叫時(shí)，給V4導(dǎo)遍信號(hào)，給 V關(guān)斷信號(hào)，u備=叫/2。爭(zhēng)當(dāng)給X（V4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能 是V導(dǎo)通，也可能是 VDi（VD導(dǎo)通。爭(zhēng)叫z “2和Mvn，的PWM波形只 有土 &/2兩種電平。爭(zhēng)波形可由眈unvn，得出，當(dāng)1 和6通時(shí)，當(dāng)3和4通

8、時(shí), 九產(chǎn)一 5,當(dāng)1和3或4和6通時(shí)， ”5尸 oIt八 UN , k 牛-2陞2o ?牛 11 WK i k 11 uv 4kfOUN八oFthFHHtFtFFFIRinnnnnnn圖6-8三相橋式PWM逆變電路波形圖67三相橋式PWM型逆變電路2爭(zhēng)輸出線(xiàn)電壓PWM波由4 和0三種電平構(gòu)成爭(zhēng)負(fù)載相電壓PWM波由(2/3)4、(3)4和0共 5種電平組成。爭(zhēng)防直通的死區(qū)時(shí)間-同一相上下兩臂的驅(qū)動(dòng) 信號(hào)互補(bǔ)，為防止上下 臂直通而造成短路，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)間的長(zhǎng)短主要由 開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決 定。-死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出的 PWM波帶來(lái)影響，使其 稍稍偏離正弦波。1

9、1 UN丞 211 rUU rW11 UN 八圖6-8三相橋式PWM逆變電路波形圖67三相橋式PWM型逆變電路 2圖69特定諧波消去法的輸出PWM波形5)特定諧波消去法(Selected Harmonic Elimination PWMSHEPWM)爭(zhēng)這是計(jì)算法中一種 較有代表性的方法。申輸出電壓半周期內(nèi), 器件通、斷各3次 （不包括0和77）, 共6個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可 控。爭(zhēng)為減少諧波并簡(jiǎn)化 控制，要盡量使波 形對(duì)稱(chēng)。2；寫(xiě)先，為消除偶次諧波，使波形正負(fù)兩半周期鏡對(duì)稱(chēng),(6-3)式中，%為2：況(勁)=U(COt + 7T)(6-1)生其次，為消除諧波中余弦項(xiàng)，應(yīng)使波形在正半周期 內(nèi)前后1/4周期

10、以刃2為軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)UCDt) - 兀CDt)(6-2)爭(zhēng)同時(shí)滿(mǎn)足式(6-1)、(6-2)的波形稱(chēng)為四分之一周期對(duì)稱(chēng)波形，用傅里葉級(jí)數(shù)表示為00ucot)= 工sinner幾=1,3,5,F u(cot) sin ncotcot圖6-9中，能獨(dú)立控制的只有曰、日2和日3共3個(gè)時(shí)刻。該波形的為呦sin如+o 2(一與sin nat)dcot(64：2SU7V式中滬1,3, 5,-sin ncotdcot +J2 (-sin nat)da)t(1 2COSH6ZJ + 2cosn6Z2 2cosndz3 )確定円的值，再令兩個(gè)不同的=0,就可建三個(gè)方程，聯(lián)立可求得円、 電和色，這樣可消去兩種特定頻率的

11、諧波24在三相對(duì)稱(chēng)電路的線(xiàn)電壓中，相電壓所含的3次諧波相互抵消，可考慮消去5次和7次諧波，得如下聯(lián)立方程25兀255tt2U&7tt(1 2cOSQ +2COS&2 2COS&3)(1 2cos5Q + 2cos5&2 2cos53) = 0 (1 2cos7c +2cos7&2 2cos7cif3) = 0給定嗨i；解方程可得日i、電和日3。改變時(shí)，氣、電和日3 也相應(yīng)改變16.2.1計(jì)算法和調(diào)制法一般在輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各k次，考慮到PWM波四分之一周期對(duì)稱(chēng)，k個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可控，除用一個(gè)自由度控制基波幅值外，可消去個(gè)頻率的特定諧 波。k的取值越大，開(kāi)關(guān)時(shí)刻的計(jì)算越復(fù)雜。除計(jì)算法和調(diào)

12、制法外，還有跟蹤控制方法，在6.3節(jié)介紹。2(6e 2. 2異步調(diào)制和同步調(diào)制載波=比載波頻率龍與調(diào)制信號(hào) 頻率兀之比，廬4 /載波和信號(hào)波是否同步 及載波比的變化情況異步調(diào)制pwm調(diào)制方式分為同步調(diào)制1.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A通常保持固定不變，當(dāng)彳變化時(shí)，載波比餛變化的 A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 也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱(chēng)，半周期內(nèi)前后 1/4周期的脈沖也不對(duì)稱(chēng)A當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí)，磁大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多， PWM波形接近正弦波A當(dāng)信號(hào)頻率增高時(shí)，皿咸小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少， 使得輸出PWM波和正弦波差異變大2.同步調(diào)制載波比N等于常

13、數(shù)，在變頻時(shí)使載波與信號(hào)波保持同 步的調(diào)制方式，A在基本同步調(diào)制方式中，卒變化時(shí)壞變，信號(hào)波一周 期內(nèi)輸出脈沖數(shù)是固定，脈沖相位也是固定的A三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取必J3的整數(shù)倍, 使三相輸岀波形嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱(chēng),人應(yīng)取奇數(shù)當(dāng)逆變電路輸出頻率 很低時(shí)，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)逆變電路輸出頻率 很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的 載波頻率允會(huì)過(guò)高，使 開(kāi)關(guān)器件難以承受分段同步調(diào)制A把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，每 個(gè)頻段內(nèi)保持M亙定，不同頻段的A不同A在盤(pán)高的頻段采用較低的皿 使載波頻率不致過(guò)高, 限制功率開(kāi)關(guān)器件允許的范圍A在盤(pán)低的頻段采

14、用較高的皿使載波頻率不致過(guò)低 而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響機(jī)電工穫紊圖6-11分段同步調(diào)制方式舉例為防止載波頻率在切換 點(diǎn)附近來(lái)回跳動(dòng)，采用滯 后切換的方法3：在不同的頻率段內(nèi)，載 波頻率的變化范圍基本一 致，龍大約在1.42.0KHz 之間&21計(jì)算法和調(diào)治法&22異步調(diào)制勒同步調(diào)制*6.2. 3規(guī)則釆樣法&2誌puim逆養(yǎng)電路的諧澱分析&25提高直漏電屋利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)PUIfll逆變電踣多重化6. 2. 3 規(guī)則采樣法按照SPWM控制的基本原理，在正弦自然采樣法波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)的通斷，這種生成SPWM波形 x的方法規(guī)則米樣法工程實(shí)用方法，效果接近自然采樣法，計(jì)算量比自 然

15、采樣法小得多機(jī)電工裡親o取三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè) 釆樣周期7；使脈沖中點(diǎn)和三角波一周期的中 點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）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(chēng)，使 計(jì)算夫?yàn)楹?jiǎn)化圖6-12規(guī)則采樣法在三角波的負(fù)峰時(shí)刻乙對(duì)正弦信號(hào)波采 樣得D點(diǎn)，過(guò)D點(diǎn)作一水平直線(xiàn)和三角波分 別交于A、B點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻q和B點(diǎn)時(shí)刻方b 控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷這種規(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設(shè)正弦調(diào)制信號(hào)波為ur = asncort式中，&稱(chēng)為調(diào)制度，0以1；叫為信號(hào)波角頻率，從圖6-12中 得以下關(guān)系式l + asinaD 2 8/2 Tc/2因此可得(6-6)6 = (1 +a s

16、in )三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度6 為(6-7)，=丄(4 _5)=空(l_dsin0D)J三相橋逆變電路應(yīng)形成三相SPWM波形，三相的三角波 載波公用，三相正弦調(diào)制波相位依次差120。設(shè)同一三角波周期內(nèi)三相的脈寬分別為、和脈沖兩邊的間隙寬度分別為卍U、小和& w, 三相調(diào)制波電壓之和為零，由式(6-6)得同一時(shí)刻- 2(6-8)由式(6-7)得37；(6-9)/u+v+/w- 4利用以上兩式可簡(jiǎn)化三相SPWM波的計(jì)算機(jī)電工裡親6.2.4 PWM逆變電路的諧波分析使用載波對(duì)正弦信號(hào)波調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生和載波有關(guān)的諧波 分量。諧波頻率和幅值是衡量PWM逆變電路性能的重要指標(biāo) 之一。分析以雙極性

17、SPWM波形為準(zhǔn)。-同步調(diào)制可看成異步調(diào)制的特殊情況，只分析異步調(diào)制 方式。分析方法以載波周期為基礎(chǔ)，再利用貝塞爾函數(shù)推導(dǎo)出 PWM波的傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式。盡管分析過(guò)程復(fù)雜，但結(jié)論簡(jiǎn)單而直觀(guān)。1)單相的分析結(jié)果牢圖6-13,不同a時(shí)單相橋 式PWM逆變電路輸出電 壓頻譜圖。申諧波角頻率為：ncor tor(6-10)4 2 11 11110.2式中，時(shí)，=0?2?4?.；tk=2,46時(shí),=1,3,5,n口1OILE a=l.Q60.8 01=0.5D a=0口角頻率(neo co圖6/3單相PWM橋式逆變電電壓頻譜圖爭(zhēng)PWM波中不含低次諧波，只含及其附近的諧波以及2%、3% 等及其附近的諧波。

18、1.22）三相的分析結(jié)果公 用載波信號(hào)時(shí)的情況1.0 申圖6-14,不同a時(shí)三相橋 式PWM逆變電路輸出軽08 壓頻譜圖。s爭(zhēng)公用載波信號(hào)時(shí)的情徑 況。* tz=1.0O T)X16) .5cf=O9111UT itit II llntlIIo iTsTSo屮曲10019.30.60.40.2n角頻率ncokco圖614三相橋式PWM逆變電路輸出線(xiàn)電壓頻譜圖擊輸出線(xiàn)電壓中的諧波角 頻率為ncoc kcor(6-11)6m -+-1 m = O丄6m 一 1 m = 1,2 。4；式中,比=1,3,5,時(shí),k=3(2m 1) 1, m=2,4,6，時(shí)，花=諧波分析小結(jié)爭(zhēng)三相和單相比較，共同點(diǎn)是都

19、不含低次諧波，一個(gè)較顯著的區(qū) 別是載波角頻率整數(shù)倍的諧波沒(méi)有了，諧波中幅值較高的是 % 土 2 和 2% 。寺SPWM波中諧波主要是角頻率為、2%及其附近的諧波，很 容易濾除。+當(dāng)調(diào)制信號(hào)波不是正弦波時(shí)，諧波由兩部分組成：一部分是對(duì) 信號(hào)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(hào)波 對(duì)載波的調(diào)制而產(chǎn)生的諧波。后者的諧波分布情況和SPWM 波的諧波分析一致。6. 2.5提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)衡量PWM控制優(yōu)劣:輸出波形中所 含諧波多少提高逆變電路直流電壓利用率、減少開(kāi)關(guān)次數(shù)可提高逆變器的輸出能力V可降低開(kāi)關(guān)損耗直流電壓利用率逆變電路輸岀交流電壓基波最大 幅值心和直流電壓4之比正弦

20、波作為 調(diào)制信號(hào)1J幅值不能超過(guò)、 三角波幅值梯形波作為調(diào)制信號(hào)當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值 相等時(shí)，梯形波所含的基波 分量幅值已超過(guò)三角波幅值/機(jī)電工裡親直流電壓利用率低有效提高直流電壓利用率圖6-15梯形波為調(diào)制信號(hào)的PWM控制三角化率S =UJU&描述梯形 波的形狀 s=0時(shí)梯形波變?yōu)榫匦尾?s=l時(shí)梯形波變?yōu)槿遣?梯形波含低次諧波，調(diào)制后 的PWM波仍含同樣的低次諧波低次諧波產(chǎn)生的波形畸變率 為d s不同時(shí)，d和直流電壓利 用率n/Z也不同圖6T6 s變化時(shí)的/和直流電壓利 用率圖6-16 d和皿 /%隨S變化的情況 s二0. 8左右時(shí)諧 波含量最少，但直流 利用率也較低 s二0.4時(shí)，

21、諧波 含量也較少，d約為3. 6%,直流電壓利用 率為1.03,是正弦波 調(diào)制的1.19倍，綜合 效果較好機(jī)電工穫紊圖6-17 s變化時(shí)的各次諧波含 量圖6-17, s變化時(shí)各次 諧波分量幅值m和基波幅 值m之比用梯形波調(diào)制時(shí)，輸出 波形中含5次、7次等低次諧 波，是梯形波調(diào)制的缺點(diǎn)實(shí)際使用時(shí)，當(dāng)正弦波 調(diào)制不能滿(mǎn)足輸出電壓的要 求時(shí)，改用梯形波調(diào)制，以 提高直流電壓利用率機(jī)電工裡親諧波的同時(shí)盡可能提高 直流電壓利用率，并盡 量減少器件開(kāi)關(guān)次數(shù)對(duì)兩個(gè)線(xiàn)電壓進(jìn)行控制， 適當(dāng)?shù)乩枚嘤嗟囊粋€(gè)自 由度來(lái)改善控制性能仍是對(duì)相電壓進(jìn)行控 制，但控制目標(biāo)卻是 線(xiàn)電壓相電壓控 1目對(duì)線(xiàn)電壓控制方式，制方式1

22、控制目標(biāo)為相電壓k /ocotWrlU UukOcot圖6/8疊加3次諧波的調(diào)制信號(hào) g不超過(guò)三角波載波最大值在相電壓調(diào)制信號(hào)中疊加適 當(dāng)大小3次諧波，使之成為鞍形 波，經(jīng)過(guò)PWM調(diào)制后逆變電路輸 出相電壓中也含3次諧波，且三 相的三次諧波相位相同合成線(xiàn)電壓時(shí)，各相電壓3次 諧波相互抵消，線(xiàn)電壓為正弦 波在調(diào)制信號(hào)中，基波4正峰值附近恰為3次諧波43的負(fù)半波，兩者相 互抵消門(mén)，耳3成為鞍形波，其中含幅值更大的基波分量U 的最大值圖6-19線(xiàn)電壓控制方式舉例除可以在正弦調(diào)制 信號(hào)中疊加3次諧波外， 還可疊加其他3倍頻于 正弦波的信號(hào)，也可疊 加直流分量，都不會(huì)影 響線(xiàn)電壓給正弦信號(hào)疊加的 信號(hào)州

23、,既包含3倍次諧 波，也包含直流分量， 大小隨正弦信號(hào)的大 小而變化機(jī)電工穫紊設(shè)三角波載波幅值為1，三相調(diào)制信號(hào)的正弦分別為 WrUfr V1和r W19并令Up 二 _min(ui衛(wèi)rVl，rWi)_ (6-12)則三相的調(diào)制信號(hào)分別為wrU = MrUl +%pWrV = MrVl + up rW = wrW 1 + %p(6-13)乞VI和乞W1幅值的大小，U、4v不論紙1、1/3周期的值和三角波負(fù)峰值相等。5：機(jī)電工裡親兩相控制方式在這1/3周期中，不 對(duì)調(diào)制信號(hào)值為-1的 相進(jìn)行控制，只對(duì)其 他兩相進(jìn)行控制 在信號(hào)波的1/3周期內(nèi)開(kāi)關(guān)器件不動(dòng)作，可是功率器件 的開(kāi)關(guān)損耗減少1/3 最

24、大輸出線(xiàn)電壓基波幅值為4,和相電壓控制方法比較 直流電壓利用率提高 輸出線(xiàn)電壓不含低次諧波，因?yàn)橄嚯妷褐邢鄳?yīng)于的 諧波分量相互抵消的原因，這一性能優(yōu)于梯形波調(diào)制方式6. 2. 6PWM逆變電路的多重化PWM多重化逆變電路提咼等效開(kāi)關(guān)頻率減少開(kāi)關(guān)損耗減少和載波有關(guān)的諧波分量PWM逆變電路多重化聯(lián)結(jié)方式變壓器方式 電抗器方式5(利用電抗器聯(lián)接的二重PWM逆變電路機(jī)電工裡親NT丄Svijzr電路的輸出從電抗 器中心抽頭引出兩個(gè)單元的載波信號(hào)錯(cuò)開(kāi)180。-|K ；T圖6-20二重PWM型逆變電路V2W2U2輸出端相對(duì)于直流 電源中點(diǎn)N，的電壓 “UN，=（U1N，+”U2N，）/ 2,已變?yōu)閱螛O性PW

25、M 波%1uc2 z/rtJz/rV/y/WA、p 17/ 1M /AM/ ervVJlJ7 / 7 /吩f V Vt VV tV 5 2八S-電LJ-Z/LJ2N j kcoto n r1rnn uU Ucn nfl LJ U11 ULI 0“IJV 八皿A-uu cot圖 6-21二重PWM型逆變電路輸出波形二重化后，輸出電壓所含諧波 角頻率仍可表示為nw+kwr,但其中 為奇數(shù)時(shí)的諧波已全被除去，諧 波最低頻率在2隹附近，相當(dāng)于電 路的等效載波頻率提高一倍輸出線(xiàn)電壓共有0、（1/2）4、 4五個(gè)電平，比非多重化時(shí)諧 波有所減少在多重PWM逆變電路中，電抗 器上所加電壓頻率為載波頻率， 比

26、輸出頻率高得多，只要很小的 電抗器就可以了湍環(huán)比較方式機(jī)電工程系三角波比較方式ir J6(do b(P叨血順f$艮蹤控制方法把希望輸出的波形作為指4言號(hào)，把賣(mài)際波形作為反饋信號(hào)，通過(guò)兩者的瞬肘值比 較來(lái)決之逆麥電路各開(kāi)關(guān)器件的通斷，使賣(mài)際的輸出跟滯環(huán)比 較方式(蹤指令信號(hào)變化丿三角波比 較方式6. 3. 1滯環(huán)比較方式圖6-22滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉 例把指令電流產(chǎn)和實(shí)際輸出 電流7的偏差/*-2作為滯環(huán)比 較器的輸入，通過(guò)比較器的 輸出控制器件V和V2的通斷 V（或VDJ通時(shí)，i增大 V2 （或VD2）通時(shí)，7減小 通過(guò)環(huán)寬為2D/的滯環(huán)比較 器的控制，了就在7*+D幵口 7*-D_Z的

27、范圍內(nèi)，呈鋸齒狀 地跟蹤指令電流7*圖6-23滯環(huán)比較方式的指令電流和 輸出電流環(huán)寬過(guò)寬時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作 頻率低，跟蹤誤差大環(huán)寬過(guò)窄時(shí)，跟蹤誤差 小，但開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，開(kāi) 關(guān)損耗增大 0過(guò)大時(shí)，曲勺變化率過(guò) 小，對(duì)指令電流的跟蹤慢 0過(guò)小時(shí)，了的變化率過(guò) 大，7*-7頻繁地達(dá)到土D7； 開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高圖6-24采用滯環(huán)比較方式的三相電流跟蹤型PWM逆變 電路，有和圖6-22相同的三個(gè)單相半橋電路組成，三 相電流指令信號(hào)血*、6*、人*依次相差120。機(jī)電工裡親u oriT4圖6-24三相電流跟蹤型PWM逆變電路圖6-25線(xiàn)電壓的正半o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分量增大

28、，也使負(fù)載的諧波損耗增加圖6-25三相電流跟蹤型PWM逆變電路輸出波形釆用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路有如下特點(diǎn)硬件電路簡(jiǎn)單屬于實(shí)時(shí)控制方式，電流響應(yīng)快不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波 和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開(kāi)關(guān)頻率時(shí)輸出電流中 高次諧波含量多屬于閉環(huán)控制，是各種跟蹤型PWM變流電路的共同特 占八、6(把指令電壓/和板橋逆變電路輸出電壓她行比較，通過(guò)濾 除偏差信號(hào)中的諧波分量，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器， 由比較器輸出控制主電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電壓 跟蹤控制圖6-26電壓跟蹤控制電路舉例和電流跟蹤控制電路相比，只是把指令和反饋信號(hào)從電流變?yōu)?電壓輸出電壓PWM波

29、形中含大量高次諧波，必須用適當(dāng)?shù)臑V波器濾除 時(shí)，輸出電壓為頻率較高的矩形波，相當(dāng)于一個(gè)自勵(lì)振蕩 電路決為直流信號(hào)時(shí)，滬生直流偏移，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/為交流信號(hào)時(shí)，只要其頻率遠(yuǎn)低于上述自勵(lì)振蕩頻率，從中 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/相同, 從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制6. 3.2三角波比較方式II： =t廿一 13-|Y三相三角波 發(fā)生電路AwMW通過(guò)閉環(huán)來(lái)進(jìn)行控制把指令電流產(chǎn)U、 和聲和實(shí)際輸出電流心、 %、入進(jìn)行比較，求出 偏差，通過(guò)放大器A放 大后，再去和三角波進(jìn) 行比較，產(chǎn)生PWM波形功率開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)頻 率是一定的，等于載波 頻率圖6-2

30、7三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路6$定吋比較方式7(A為改善輸出電壓波形，三角波載波常用三相三角波載波信號(hào) 廠(chǎng)和滯環(huán)比較控制方式相比，三角波比較控制方式輸出電流所含 的諧波少不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘，以固定采樣周期對(duì)指令 信號(hào)和被控制變量進(jìn)行采樣，根據(jù)二者偏差的極性來(lái)控制變流電路開(kāi) 關(guān)器件的通斷I在時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)的時(shí)刻如Y Y*,令VI關(guān)斷，V2 導(dǎo)通，使丄減小每個(gè)采樣時(shí)刻的控制作用 都使實(shí)際電流與指令電流的 誤差減小廠(chǎng)采用定時(shí)比較方式時(shí)，器件的最高開(kāi)關(guān)頻率為時(shí)鐘頻率的1/2X和滯環(huán)比較方式相比，電流控制誤差沒(méi)有一定的環(huán)寬，控制的 精度低一些6puim的基本底理 &2 PUJfl

31、l逆變電路及其控制方法 6” puim跟蹤控制技術(shù)A&4 PWM整流電路及其控制方法本章小結(jié)7：&/.I puim整漏電踣的工作匱理bAQ puitn整流電踣的控制方濟(jì)6.4 PWM整流電路及其控制方法實(shí)用的整流電路幾乎都是晶閘管整流或二極管整流。晶閘管相控整流電路：輸入電流滯后于電壓，且其中諧波分量大， 因此功率因數(shù)很低。二極管整流電路：雖位移因數(shù)接近1,但輸入電流中諧波分量很大 所以功率因數(shù)也很低。把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路,就形成了PWM整 流電路。彳控制PWM整流電路，使其輸入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1,也稱(chēng)單位功率因數(shù)變流器，或高功 率

32、因數(shù)整流器。6. 4.1 PWM整流電路的工作原理1.單相PWM整流電路本羋qTV2CmQ +a)b)B =寸Q半橋電路直流側(cè)電容必須 由兩個(gè)電容串聯(lián)，其中點(diǎn) 和交流電源連接全橋電路直流側(cè)電容只要 一個(gè)就可以厶包括外接電抗器的電感 和交流電源內(nèi)部電感，是 電路正常工作所必須的覽包括外接電抗器中的電 阻和交流電源的內(nèi)阻圖6-28單相PWM整流電路R單相半橋電路b）單相全橋電路機(jī)電工裡親b）單相全橋電路7(%中含有和正弦信號(hào)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 諧波，不含有低次諧波A用正弦信號(hào)波和三角波相比較的 方法對(duì)VjV進(jìn)行SPWM控制，就可 以在橋的交流輸入端

33、AB產(chǎn)生一個(gè) SPWM 波A由于Zs的濾波作用，諧波電壓只 使兀產(chǎn)生很小的脈動(dòng)A當(dāng)正弦信號(hào)波頻率和電源頻率相同時(shí)，厶也為與電源頻率相同的正 弦波 理；在s一定時(shí)，乓幅值和相位僅由“AB中基波%的幅值及其與冬的相位 差決定A改變仏Bf的幅值和相位，可使兀和s同相或反相，兀比冬超前90 ， 或使與s相位差為所需角度PWM整流電路的運(yùn)行方式向量圖IUSSLb）逆變運(yùn)行a）整流運(yùn)行AB仏d)超前角為丿圖6-29 PWM整流電路的運(yùn)行方式向量圖T爭(zhēng)“：乙b滯后u相角為A 和力同相，整流狀態(tài), 功率因數(shù)為1。PWM整流 電路最基本的工作狀態(tài)。爭(zhēng)b：乙昶前溯角,押 反相力逆變狀態(tài)；說(shuō)明PWM整 流電絲可實(shí)現(xiàn)

34、能量正反兩個(gè)方 向的流動(dòng)，這一特點(diǎn)對(duì)于需再 生制動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 很重霎圖6-28單相PWM整流電路 b）單相全橋電路整流運(yùn)行狀態(tài)下當(dāng)匕0時(shí)，由V?、VD VD、厶和、VD、VD4 4分別組成兩個(gè)升壓斬 波電路 V?通時(shí)，s通過(guò)V2、 VD4向4儲(chǔ)能 V?關(guān)斷時(shí)，厶中儲(chǔ)存 的能量通過(guò)VD、VD4向直 流側(cè)C充電企 VD2 4和V4、VD2 VD3、4分別組成兩個(gè) 升壓斬波電路，工作原理和冬 0時(shí)類(lèi)似2. zapuimsaeK機(jī)電工程系圖6-30三相橋式PWM整流電路和單相相同，該電路 也可工作在逆變運(yùn)行狀 態(tài)及圖C或d的狀態(tài)工作原理和前述的單 相全橋電路相似，只是 從單相擴(kuò)展到三相進(jìn)行S

35、PWM控制，在交流 輸入端A、B和C可得SPWM 電壓，按圖6-29a的相量 圖控制，可使厶、厶、4 為正弦波且和電壓同相且 功率因數(shù)近似為16.4.2 PWM整流電路的控制方法有多種控制方法，根據(jù)有沒(méi)有引入電流反饋可分為兩種 間接電流控制、直接電流控制。1間接電流控制爭(zhēng)間接電流控制也稱(chēng)為相位和幅值控制O申按圖6-2% （逆變時(shí)為圖6-29b）的相量關(guān)系來(lái)控制整流橋交流輸入端哇 壓，使得輸入電流和電壓同相位，從而得到功率因數(shù)為1的控制效果。機(jī)電工裡親PIA.B.CL負(fù)載擊圖6-31，間接電流控制叭 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中的PWM整流電 路為圖6-30的三相 橋式電路審控制系統(tǒng)的閉環(huán)是 整流器直流側(cè)電

36、壓 控制環(huán)。Usin（ft?+2W3）（RO丄2） %cos（戲亠2加/3）（D 丄 2）圖631間接電流控制系統(tǒng)PId，三角波UR L勿11（血+2加/3） 彳伙屯1,2） u9cos（Qf+2hr/3）（Zl,2）W-圖6-31間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8：學(xué)控制系統(tǒng)中其余部分的工作原理審圖中上面的乘法器是厶分別乘以和a、b、c三相相電壓同相位的正弦信 號(hào)，再乘以電阻R得到各相電流在忌上的壓降URa、URb和t/Rc。審圖中下面的乘法器是/d分別乘以比a、b、c三相相電壓相位超前77/2的余 弦信號(hào)，再乘以電感L的感抗，得到各相電流在電感上的壓降a、 “Lb 和 “Lc。各相電源相電壓4、分別減去前面求得的輸入電流在電阻R和電 感L上的壓降，就可得到所需要的交流輸入端各相的相電壓蚣、和 %的信號(hào)，用該信號(hào)對(duì)三角波載波進(jìn)行調(diào)制，得到PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)去控 制整流橋，就可以得到需要的控制效果。存在的問(wèn)題+在信號(hào)運(yùn)算過(guò)程中用到電路參數(shù)億和心，當(dāng)厶和心的運(yùn)算值和實(shí)際值軍 誤差