PWM變換器恢復(fù)PPT課件

1、 2. 輸出波形 電壓型變換器輸出電壓是方波，輸出電流波形含有高次諧波。 電流型變換器輸出電流波形是方波，輸出電壓波形接近正弦波。這是由于高次諧波遇到電動機(jī)的阻抗較大，產(chǎn)生的高次諧波磁通很小，電機(jī)感應(yīng)電動勢就接近正弦波，正弦波上的毛刺是由元件換相引起的。第1頁/共37頁 3. 四象限運(yùn)行 電壓型變換器不容易進(jìn)行四象限運(yùn)行，原因是四象限運(yùn)行時(shí)要求逆變橋運(yùn)行在整流狀態(tài)，而整流橋運(yùn)行在逆變狀態(tài)。這就要求直流環(huán)節(jié)的極性改變，由于直流環(huán)節(jié)接有大電容，因此改變極性很難。為了使電壓型變換器能進(jìn)行四象限運(yùn)行，就要再設(shè)置一個(gè)全控整流橋與原來的整流橋反并聯(lián)（增加造價(jià)）. 電流型變換器因直流環(huán)節(jié)串大電感，在維持電流

2、方向不變的情況下，逆變橋和整流橋可改變極性，電動機(jī)功率經(jīng)逆變橋（運(yùn)行在整流狀態(tài)）通過整流電路橋（運(yùn)行在逆變狀態(tài)）送回電網(wǎng)。第2頁/共37頁 4. 負(fù)載 電壓型變換器適于帶多臺電機(jī)齊速運(yùn)行。 原因：屬于恒壓源，電壓控制響應(yīng)慢，適用于多臺電動機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源而不要求快速加減速場合。 電流型變換器除按u/f為常數(shù)控制，可用于多臺電機(jī)齊速運(yùn)行外，尤其適于單機(jī)頻繁加減速運(yùn)行。 原因：由于濾波電感的作用，系統(tǒng)對負(fù)荷變化的反應(yīng)遲緩，不適合用于多電機(jī)傳動，而更適合于一臺變頻器給一臺電機(jī)供電的單機(jī)傳動，但可滿足快速起制動合可逆運(yùn)行要求。第3頁/共37頁 5. 功率因數(shù) 電壓型逆變器如果采用可控整流的話，其

3、功率因數(shù)與電流型變換器差不多。如果采用不可控整流（采用直流斬波環(huán)節(jié)，或者SPWM）的話，其功率因數(shù)比電流型變換器要好，那么為何電流型變換器不采用不可控整流來改善功率因數(shù)呢？因?yàn)槟菢泳蜁氋F的四象限運(yùn)行的功能。第4頁/共37頁 6. 動態(tài)性能及穩(wěn)定性 電壓型變換器有大電容，進(jìn)行電流控制較難。電流型變換器可以用電流內(nèi)環(huán)控制，快速響應(yīng)，動態(tài)性能好，但低頻時(shí)有轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象。換流電容的充電電壓是與負(fù)載電流大小有關(guān)，為保持換流能力，應(yīng)保持有一定的負(fù)載運(yùn)行。第5頁/共37頁5.4 脈寬調(diào)制逆變器 脈寬調(diào)制PWM（pulse width modulation）型逆變電路是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓的，通

4、過改變調(diào)制周期來控制其輸出頻率。 分類： 以調(diào)制脈沖的極性分：單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制兩種； 以載頻信號與參考信號頻率之間的關(guān)系：同步調(diào)制和異步調(diào)制兩種。第6頁/共37頁 PWM電路的特點(diǎn)：可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓和電流，所以也稱為正弦波脈寬調(diào)制SPWM（sinusoidal PWM）。 SPWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通、斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。5.4.1 脈寬調(diào)制的基本原理第7頁/共37頁 取樣控制理論結(jié)論： 沖量相等而形狀

5、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。 效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 如圖5-10所示的三種窄脈沖形狀不同，但面積相同。當(dāng)它們分別加在同一個(gè)慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。且脈沖越窄，其輸出差異越小。第8頁/共37頁 三種窄脈沖形狀不同，但面積相同。當(dāng)它們分別加在同一個(gè)慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。且脈沖越窄，其輸出差異越小。 圖5-10 沖量相等形狀不同的三種窄脈沖 第9頁/共37頁 正弦半波分成n等份，每一份可看作是一個(gè)脈沖，這些脈沖寬度相等，都等于/n，但幅值不等，脈沖頂部為曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。 把上述脈沖序列用同

6、樣數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖序列代替，并使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分脈沖的中點(diǎn)重合，且使二者的面積（沖量）相等，就可以得到如圖5-11（b）所示的脈沖序列，即PWM波形。同樣也可得到正弦負(fù)半周波形。圖5-11 PWM控制的基本原理示意圖 第10頁/共37頁 SPWM波形：完整的正弦波形用等效的PWM波形表示。 原始方法：給出正弦波形的頻率、幅值和半個(gè)周期的脈沖數(shù)后科計(jì)算出SPWM波形各脈沖寬度和間隔，按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷。 實(shí)用方法：載波法。 調(diào)制信號：希望輸出的波形。 載波：接受調(diào)制的信號，通過對載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。（等腰三角形）第11頁/共37頁5.4.2

7、單相橋式PWM逆變電路的工作原理 GTR 感性負(fù)載圖5-12 單相橋式PWM逆變電路 第12頁/共37頁1. 單極性控制方式 載波uc在調(diào)制信號波ur的正半周為正極性的三角波，在負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。 在的正半周，VT1一直保持導(dǎo)通，VT2保持?jǐn)鄳B(tài)。在ur與uc正極性交點(diǎn)處控制VT4通斷。 uc ur各區(qū)間，控制VT4通態(tài)，uo=Ud uc ur各區(qū)間，控制VT4斷態(tài)，uo=0第13頁/共37頁 1. 單極性控制方式 載波uc在調(diào)制信號波ur的正半周為正極性的三角波，在負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。 在的負(fù)半周，VT2一直保持導(dǎo)通，VT1保持?jǐn)鄳B(tài)。在ur與uc負(fù)極性交點(diǎn)處控制VT3通斷。 ur u

8、c各區(qū)間，控制VT3通態(tài)，uo=-Ud uc uc各區(qū)間，控制VT1VT4通態(tài)，VT2 VT3斷態(tài)，uo=Ud ur uc各區(qū)間，控制VT2VT3通態(tài)，VT1VT4斷態(tài)， uo=-Ud 第15頁/共37頁 1. 雙極性控制方式 載波uc為正負(fù)兩個(gè)方向變化的等腰三角形波 調(diào)制信號波ur為正弦波。 在ur的負(fù)半周 Uruc各區(qū)間，控制VT1VT4通態(tài)，VT2VT3斷態(tài) uo=Ud 第16頁/共37頁 雙極性控制特點(diǎn)： 1)同一相上下兩個(gè)橋臂晶體管的驅(qū)動信號相反。 2）感性負(fù)載時(shí)，若VT1、VT4通，給關(guān)斷信號, VT1、VT4 立即關(guān)斷；給VT2、V3T導(dǎo)通信號時(shí)，由于感性電流不能突變，電流減小產(chǎn)

9、生的感應(yīng)電動勢使VT2、VT3不能立即導(dǎo)通，而是VD2VD3導(dǎo)通續(xù)流，如果能維持到下次VT1、VT4重新導(dǎo)通，負(fù)載電流方向始終沒變化， VT2和VT3始終沒導(dǎo)通；只有在負(fù)載電流較小無法連續(xù)續(xù)流情況下，在負(fù)載電流下降至0， VD2和VD3續(xù)流完畢， VT2和VT3導(dǎo)通，負(fù)載電流才反向流過負(fù)載，但無論VD2和VD3（ VT2和VT3）導(dǎo)通，U0均為-Ud。從VT2、V3T導(dǎo)通向VT1、VT4 切換情況也類似。第17頁/共37頁 可以看出，單相橋式電路既可以采取單極性調(diào)制，也可以采取雙極性調(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差別。第18頁/共37頁5.4.3 三相橋式PWM逆變電路的工作原理第19頁/共37頁第20頁/共37頁第21頁/共37頁第22頁/共37頁圖5-16 三相橋式PWM變頻波形 第23頁/共37頁第24頁/共37頁5.4.4 PWM變頻電路的調(diào)制控制方式第25頁/共37頁第26頁/共37頁第