第三章PWM技術(shù)

1、 第2章 PWM技術(shù)電壓正弦電壓正弦PWMPWM法法PWMPWM模式的優(yōu)化模式的優(yōu)化電流正弦電流正弦PWMPWM法法電壓空間矢量電壓空間矢量PWMPWM技術(shù)技術(shù)PWMPWM控制性能指標(biāo)控制性能指標(biāo)第第2章章 交流調(diào)速的脈寬調(diào)制（交流調(diào)速的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)）技術(shù) 脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（Pulse Width ModulationPWM）技術(shù)是指利用全控型電力電子器件的導(dǎo)）技術(shù)是指利用全控型電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把電壓變成一定形狀的電壓脈沖，實(shí)現(xiàn)通和關(guān)斷把電壓變成一定形狀的電壓脈沖，實(shí)現(xiàn)變壓、變頻控制并且消除諧波的技術(shù)，簡稱變壓、變頻控制并且消除諧波的技術(shù)，簡稱PWM。第第2章章 交流調(diào)速的

2、脈寬調(diào)制（交流調(diào)速的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)）技術(shù)利用微處理器實(shí)現(xiàn)的利用微處理器實(shí)現(xiàn)的PWM技術(shù)數(shù)字化后，技術(shù)數(shù)字化后，PWM技術(shù)不斷優(yōu)化和翻新：技術(shù)不斷優(yōu)化和翻新：第第2章章 交流調(diào)速的脈寬調(diào)制（交流調(diào)速的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)）技術(shù)電壓波形正弦電壓波形正弦電流波形正弦電流波形正弦磁通波形正弦磁通波形正弦效率最優(yōu)效率最優(yōu)轉(zhuǎn)矩脈動最小轉(zhuǎn)矩脈動最小消除諧波噪聲消除諧波噪聲第第2章章 交流調(diào)速的脈寬調(diào)制（交流調(diào)速的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)）技術(shù)PWM意義：及時、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制要求及時、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制要求抑制逆變器輸出電壓或電流中的諧波分量抑制逆變器輸出電壓或電流中的諧波分量這樣給電機(jī)帶

3、來這樣給電機(jī)帶來什么好處呢？什么好處呢？降低或消除轉(zhuǎn)矩脈動降低或消除轉(zhuǎn)矩脈動提高電機(jī)的效率提高電機(jī)的效率擴(kuò)大調(diào)速范圍擴(kuò)大調(diào)速范圍2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法 1 1、電壓正弦波脈寬調(diào)制法、電壓正弦波脈寬調(diào)制法 顧名思義，電壓顧名思義，電壓SPWMSPWM技術(shù)就是希望逆變器輸出電壓技術(shù)就是希望逆變器輸出電壓是正弦波形，其含義是通過脈沖寬度（脈沖占空比）來調(diào)是正弦波形，其含義是通過脈沖寬度（脈沖占空比）來調(diào)節(jié)平均電壓的方法。節(jié)平均電壓的方法。 交直交電壓型逆變器交直交電壓型逆變器（1）電壓正弦波脈寬調(diào)制的基本思想）電壓正弦波脈寬調(diào)制的基本思想 把電壓正弦半波分為把電壓正弦半波分為N等分，然后

4、把每一份的正等分，然后把每一份的正弦曲線與橫線所包圍的面積都用一個與此面積相等的弦曲線與橫線所包圍的面積都用一個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替。等高矩形脈沖來代替。2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法實(shí)用的方法是采用實(shí)用的方法是采用“調(diào)制調(diào)制”的方法：的方法：2.1電壓正弦電壓正弦PWM法法載波頻率載波頻率fc與與參考波頻率參考波頻率fm之比，用之比，用NCM表示，即表示，即CCMMfNf調(diào)制度調(diào)制度m定義為調(diào)制信號（參考電壓）峰值與三角載定義為調(diào)制信號（參考電壓）峰值與三角載波信號峰值之比，即波信號峰值之比，即MmCmUUm正弦參考波正弦參考波三角載波三角載波2.1電壓正弦電壓正弦PWM法法

5、（2 2）電壓正弦波脈寬調(diào)制法的工作原理）電壓正弦波脈寬調(diào)制法的工作原理改變參考信號的改變參考信號的幅值幅值輸出電壓基波幅值輸出電壓基波幅值隨之改變隨之改變改變參考信號的改變參考信號的頻率頻率輸出電壓的頻率輸出電壓的頻率隨之改變隨之改變脈沖等幅，調(diào)寬，面脈沖等幅，調(diào)寬，面積與正弦波面積成正積與正弦波面積成正比比 2.2.電壓正弦波脈寬調(diào)制信號生成方法電壓正弦波脈寬調(diào)制信號生成方法 （2 2）雙極性三角波調(diào)制）雙極性三角波調(diào)制 指三角載波和正弦參考信號指三角載波和正弦參考信號是具有正負(fù)極變化的信號（如圖）是具有正負(fù)極變化的信號（如圖）（1 1）單極性三角波調(diào)制）單極性三角波調(diào)制 指參加三角載波和

6、正弦參考信號指參加三角載波和正弦參考信號極性不變（如圖）極性不變（如圖）2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法單極性三角波調(diào)制法的脈寬計算單極性三角波調(diào)制法的脈寬計算12122iiiNNNsiniMMmiuU,abgcdgaegcfgab fgcdeg2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法abecdfgwt其中：其中：/abNsin,rmicmfgUegU 脈沖寬度可近似等于脈沖寬度可近似等于 ，即，即cdsinsinrmiiicmUcdMN UNrmcmUMU 為為調(diào)制系數(shù)（調(diào)制比）調(diào)制系數(shù)（調(diào)制比）2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法輸出電壓基波幅值為輸出電壓基波幅值為1121sin() sin(

7、)2NdmiiUiUMNN2.1 2.1 由上式可知，輸出電壓基波幅值直接與調(diào)制系數(shù)由上式可知，輸出電壓基波幅值直接與調(diào)制系數(shù)m m成成正比。且分析結(jié)果表明（正比。且分析結(jié)果表明（p26)p26)，隨著半周期脈沖，隨著半周期脈沖N N的增加，的增加，較低次諧波迅速減少，較低次諧波迅速減少，7 7次以下諧波基本消除。當(dāng)次以下諧波基本消除。當(dāng)N N大于等大于等于于9 9時，時，1313次諧波小于基波的百分之一，但次諧波小于基波的百分之一，但1717次和次和1919次諧波次諧波仍可以達(dá)到仍可以達(dá)到7.24%7.24%，需要加以濾波。（一般三相異步電動機(jī)，需要加以濾波。（一般三相異步電動機(jī)無中線，無中

8、線，3 3的整數(shù)倍諧波可以不予考慮）的整數(shù)倍諧波可以不予考慮）1121sin() sin( )2NdmiiUiUMNN2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法（1 1）同步調(diào)制）同步調(diào)制載波比為常數(shù)載波比為常數(shù)正、負(fù)半波始終保持對稱正、負(fù)半波始終保持對稱三相輸出波形間具有互差三相輸出波形間具有互差120120度的對稱關(guān)系度的對稱關(guān)系低頻時，間距增大，諧波增加低頻時，間距增大，諧波增加3、SPWM信號的調(diào)制方式信號的調(diào)制方式（2 2）異步調(diào)制）異步調(diào)制2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法保持三角載保持三角載波頻率不變波頻率不變矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加相應(yīng)，增加相應(yīng)

9、，改善低頻工作的特性改善低頻工作的特性。載波會隨輸出頻率的降低而連續(xù)變化載波會隨輸出頻率的降低而連續(xù)變化時，使逆變器輸出電壓的波形及其相時，使逆變器輸出電壓的波形及其相位都發(fā)生變化，位都發(fā)生變化，很難保持三相輸出間很難保持三相輸出間的對稱關(guān)系，的對稱關(guān)系，因而引起電動機(jī)工作的因而引起電動機(jī)工作的不平穩(wěn)。不平穩(wěn)。（3 3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制 逆變器整個變頻范圍劃分成若干個頻段，在每個頻逆變器整個變頻范圍劃分成若干個頻段，在每個頻段內(nèi)都維持載波比段內(nèi)都維持載波比N N恒定，對不同頻段取不同的恒定，對不同頻段取不同的N N值，頻值，頻率低時取率低時取N N值大些，一般按等比級數(shù)安排。值大些，

10、一般按等比級數(shù)安排。調(diào)制波頻率調(diào)制波頻率fr（HZ)載波比載波比N載波頻率載波頻率fc(HZ)3262163181547518367214457611165761116576108057610802.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法 要準(zhǔn)確生成要準(zhǔn)確生成SPWMSPWM波形，就得盡量準(zhǔn)確的計算功率期間波形，就得盡量準(zhǔn)確的計算功率期間的的導(dǎo)通時刻和關(guān)斷時刻導(dǎo)通時刻和關(guān)斷時刻。對于微型計算機(jī)來說，時間的。對于微型計算機(jī)來說，時間的計算可由軟件實(shí)現(xiàn)，時間的控制可通過定時器等來完計算可由軟件實(shí)現(xiàn)，時間的控制可通過定時器等來完成，實(shí)現(xiàn)比較方便。成，實(shí)現(xiàn)比較方便。4.正弦脈寬調(diào)制法的微機(jī)算法正弦脈寬調(diào)制法的

11、微機(jī)算法2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法對稱規(guī)則采樣對稱規(guī)則采樣tEABUMt1t2t3TCtet21132(1sin)21(t2CeCTtMtttT ）根據(jù)脈沖電壓對三角載波根據(jù)脈沖電壓對三角載波的對稱性，可得的對稱性，可得2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法1 11 11 21 21 11 2(1sin)21(t(1sin)22(1sin)21(t(1sin)221sinsin2ononpuononCoffCCoffCoffCCoffCTtMtTtTMtTtMtTtTMtTtttMtt）tBUMtofftputoff,TCtAt1t2不對稱規(guī)則采樣不對稱規(guī)

12、則采樣 在數(shù)字控制中用計算機(jī)產(chǎn)生在數(shù)字控制中用計算機(jī)產(chǎn)生SPWMSPWM波形正是基于上述的波形正是基于上述的采樣原理和計算公式。具體計算方法可以分為以下兩種：采樣原理和計算公式。具體計算方法可以分為以下兩種：2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法實(shí)時計算法：實(shí)時計算法：查表法：查表法：存正弦函數(shù)，與實(shí)時存正弦函數(shù)，與實(shí)時M值進(jìn)行計算值進(jìn)行計算存存 ，再查表，再查表1sineMt21132(1sin)21(t2CeCTtMtttT ）21132(1sin)21(t2CeCTtMtttT ） 對于開環(huán)控制系統(tǒng)，在某一給定轉(zhuǎn)速下其調(diào)制對于開環(huán)控制系統(tǒng)，在某一給定轉(zhuǎn)速下其調(diào)制度度M M與頻率都有確定值，所

13、以宜采用查表法。對于與頻率都有確定值，所以宜采用查表法。對于閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行中調(diào)制度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行中調(diào)制度M M值須值須隨時被調(diào)節(jié)，用實(shí)施計算法更為適宜。隨時被調(diào)節(jié)，用實(shí)施計算法更為適宜。2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法 按查表法或?qū)崟r計算法所得的脈沖數(shù)都送入按查表法或?qū)崟r計算法所得的脈沖數(shù)都送入定時器，利用定時中斷向接口電路送出相應(yīng)的高、定時器，利用定時中斷向接口電路送出相應(yīng)的高、低電平，以實(shí)時產(chǎn)生低電平，以實(shí)時產(chǎn)生SPWMSPWM波形的一系列脈沖。波形的一系列脈沖。 2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法 SPWM波可在波可在CPU的支持下，由二個定時器及相應(yīng)的

14、的支持下，由二個定時器及相應(yīng)的接口電路完成。一個定時器接口電路完成。一個定時器T1完成采樣周期（一個三角波周完成采樣周期（一個三角波周期）的定時，另一個定時器期）的定時，另一個定時器T2完成脈沖間隔及脈沖寬度的定完成脈沖間隔及脈沖寬度的定時。當(dāng)時。當(dāng)T1定時時間到，定時時間到，CPU響應(yīng)該中斷請求時，將向接口電響應(yīng)該中斷請求時，將向接口電路送出低（零）電平，并把預(yù)先計算出的時間路送出低（零）電平，并把預(yù)先計算出的時間toff作為定時時間作為定時時間送入送入T2，同時起動，同時起動T1令令T1定時定時TC；當(dāng)；當(dāng)T2時間時間toff到到CPU響應(yīng)響應(yīng)該中斷請求時，將向接口電路送出高電平并把預(yù)先計

15、算出的時該中斷請求時，將向接口電路送出高電平并把預(yù)先計算出的時間間tpu作為定時時間送入作為定時時間送入T2并啟動定時器；當(dāng)并啟動定時器；當(dāng)T2時間時間tpu到到CPU響應(yīng)該中斷請求時，將向接口電路送出低電平即可。響應(yīng)該中斷請求時，將向接口電路送出低電平即可。CPU等待等待三角波的下一個周期，即三角波的下一個周期，即T1定時時間到，以產(chǎn)生下一個脈沖。定時時間到，以產(chǎn)生下一個脈沖。tofftputoff,SPWM變頻器輸出波形的諧波分析變頻器輸出波形的諧波分析 SPMW變壓變頻器雖然以輸出波形接近正弦為目變壓變頻器雖然以輸出波形接近正弦為目的，但其輸出電壓中的，但其輸出電壓中仍然存在諧波分量仍然

16、存在諧波分量。產(chǎn)生諧波的主。產(chǎn)生諧波的主要原因是：主電路開關(guān)要原因是：主電路開關(guān)器件為非理想開關(guān)器件為非理想開關(guān)，導(dǎo)致控制信，導(dǎo)致控制信號與逆變器輸出信號不完全相似。另外，在實(shí)現(xiàn)控制號與逆變器輸出信號不完全相似。另外，在實(shí)現(xiàn)控制時，為了防止逆變器同一橋臂上下兩個器件的同時導(dǎo)通時，為了防止逆變器同一橋臂上下兩個器件的同時導(dǎo)通而導(dǎo)致直流側(cè)短路，設(shè)置了一個導(dǎo)通滯環(huán)節(jié)，不可避免而導(dǎo)致直流側(cè)短路，設(shè)置了一個導(dǎo)通滯環(huán)節(jié)，不可避免的造成逆變器輸出的的造成逆變器輸出的SPWM波形有所失真。波形有所失真。2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法2.1 電壓正弦電壓正弦PWM法法對于雙極式對于雙極式SPWM變壓變頻來說

17、，這是一組正負(fù)相間的變壓變頻來說，這是一組正負(fù)相間的等幅不等寬的脈沖波，它不僅半個周期對稱，而且等幅不等寬的脈沖波，它不僅半個周期對稱，而且1/4周期對縱軸對稱。所以不存在偶次諧波與周期對縱軸對稱。所以不存在偶次諧波與3的倍數(shù)次諧的倍數(shù)次諧波。但波。但SPWM在其載波頻率及其倍數(shù)的頻帶附近，即在在其載波頻率及其倍數(shù)的頻帶附近，即在開關(guān)頻率倍數(shù)附近的次數(shù)諧波較多?？杀硎緸椋洪_關(guān)頻率倍數(shù)附近的次數(shù)諧波較多?？杀硎緸椋篊MnpNM1、準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制法、準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制法2.2 PWM模式的優(yōu)化模式的優(yōu)化 最大母線電壓利用率為最大母線電壓利用率為0.866，為了提高利用率，為了提高利用率，采用以下措

18、施，可使利用率提高采用以下措施，可使利用率提高15.5%。uwtuM1uMuM32.2 PWM模式的優(yōu)化模式的優(yōu)化2、消除特定諧波法、消除特定諧波法 在電壓波形特定的位置上設(shè)置缺口，通過每個周期中在電壓波形特定的位置上設(shè)置缺口，通過每個周期中逆變器的多次換向，恰當(dāng)?shù)乜刂颇孀兤鞯拿}寬調(diào)制電壓波逆變器的多次換向，恰當(dāng)?shù)乜刂颇孀兤鞯拿}寬調(diào)制電壓波形，使逆變器輸出的電壓中不存在某些特定的諧波。形，使逆變器輸出的電壓中不存在某些特定的諧波。 一般來說，在半個周期的電壓波形上，每設(shè)置一個缺一般來說，在半個周期的電壓波形上，每設(shè)置一個缺口，就可以消除一種諧波。在選擇脈寬調(diào)制電壓的波形口，就可以消除一種諧波。

19、在選擇脈寬調(diào)制電壓的波形時，必須滿足波形的正半周與負(fù)半周于零點(diǎn)對稱，即每時，必須滿足波形的正半周與負(fù)半周于零點(diǎn)對稱，即每半個周期對半個周期對 對稱，使對稱，使波形稱為奇函數(shù)波形稱為奇函數(shù)，波形中將不，波形中將不包含余弦與偶次諧波，這樣，波形中的諧波含量才最少。包含余弦與偶次諧波，這樣，波形中的諧波含量才最少。 由于是奇函數(shù)，且于由于是奇函數(shù)，且于 對稱，故可求出他們的對稱，故可求出他們的n次次諧波幅值表達(dá)式。諧波幅值表達(dá)式。/2/22.2 PWM模式的優(yōu)化模式的優(yōu)化2、消除特定諧波法、消除特定諧波法121/2021cos11,3,5,2sin() ()2NiiinmddnnUUn t dtUn

20、（）2dU2dU12/2tg雙極性雙極性SPWMN為半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)為半個周期內(nèi)的脈沖數(shù) 把消除特定諧波求解開關(guān)角度的方程寫成一般形式為：把消除特定諧波求解開關(guān)角度的方程寫成一般形式為：121m1221 cos()1NidiiUUn121221 cos()10NidiiUnn 由于基波幅值發(fā)生變化時，對應(yīng)的一套開關(guān)角值也相由于基波幅值發(fā)生變化時，對應(yīng)的一套開關(guān)角值也相應(yīng)發(fā)生變化。因此在實(shí)時控制時，采用模擬控制很難實(shí)現(xiàn)，應(yīng)發(fā)生變化。因此在實(shí)時控制時，采用模擬控制很難實(shí)現(xiàn)，可以采用數(shù)字式查表方法來實(shí)現(xiàn)，需要內(nèi)存大可以采用數(shù)字式查表方法來實(shí)現(xiàn)，需要內(nèi)存大。2.2 PWM模式的優(yōu)化模式的優(yōu)化2.3

21、電流正弦電流正弦PWM 交流電機(jī)的控制性能主要取決于轉(zhuǎn)矩或者電流的控制交流電機(jī)的控制性能主要取決于轉(zhuǎn)矩或者電流的控制質(zhì)量（在磁通恒定的條件下），為了滿足電機(jī)控制的良質(zhì)量（在磁通恒定的條件下），為了滿足電機(jī)控制的良好動態(tài)響應(yīng)，經(jīng)常采用電流正弦好動態(tài)響應(yīng)，經(jīng)常采用電流正弦PWM技術(shù)。技術(shù)。電流正弦電流正弦PWM技術(shù)技術(shù)本質(zhì)上是本質(zhì)上是電流閉環(huán)電流閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)方法很多，主要有，實(shí)現(xiàn)方法很多，主要有PI控制、滯環(huán)控制及誤差拍預(yù)測控制等集中，具有控制簡控制、滯環(huán)控制及誤差拍預(yù)測控制等集中，具有控制簡單，動態(tài)響應(yīng)快和電壓利用率高的特點(diǎn)。單，動態(tài)響應(yīng)快和電壓利用率高的特點(diǎn)。 目前實(shí)現(xiàn)電流控制的常用方法是電流滯

22、環(huán)目前實(shí)現(xiàn)電流控制的常用方法是電流滯環(huán)SPWM，即把正弦電流參考波形和電流的實(shí)際波形通過滯環(huán)比較即把正弦電流參考波形和電流的實(shí)際波形通過滯環(huán)比較器進(jìn)行比較。其結(jié)果決定逆變器橋臂上下開關(guān)器件的導(dǎo)器進(jìn)行比較。其結(jié)果決定逆變器橋臂上下開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。通和關(guān)斷。 這種方法的主要這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是是控制簡單、響應(yīng)快、瞬時電流控制簡單、響應(yīng)快、瞬時電流可以被限制可以被限制，功率開關(guān)器件得到自動保護(hù)。其主要，功率開關(guān)器件得到自動保護(hù)。其主要缺點(diǎn)缺點(diǎn)是是相對的電流諧波較大相對的電流諧波較大。2.3 電流正弦電流正弦PWM02dUU 2.3 電流正弦電流正弦PWM防止橋臂上下直通防止橋臂上下直通交直

23、交電壓型逆變器交直交電壓型逆變器電壓空間矢量電壓空間矢量PWM技術(shù)技術(shù)磁鏈軌跡法磁鏈軌跡法 磁鏈軌跡法磁鏈軌跡法SPWM技術(shù)是從電機(jī)的角度出發(fā)，技術(shù)是從電機(jī)的角度出發(fā)，目的在于使交流電機(jī)產(chǎn)生圓形磁場。目的在于使交流電機(jī)產(chǎn)生圓形磁場。 通過選擇逆變器的不同開關(guān)模式，使電機(jī)的實(shí)際通過選擇逆變器的不同開關(guān)模式，使電機(jī)的實(shí)際磁鏈盡可能逼近理想磁鏈圓，從而生成磁鏈盡可能逼近理想磁鏈圓，從而生成PWM波。波。 具有電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動小、噪聲低、電壓利用率高的具有電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動小、噪聲低、電壓利用率高的優(yōu)點(diǎn)，因此目前無論在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)或在閉環(huán)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)，因此目前無論在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)或在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中都得到了廣泛應(yīng)用。系

24、統(tǒng)中都得到了廣泛應(yīng)用。電壓空間矢量電壓空間矢量PWM技術(shù)技術(shù)(SPWM)CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n6090t600mIoSNSN磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理設(shè)交流電機(jī)由理想三相對稱正弦電壓供電設(shè)交流電機(jī)由理想三相對稱正弦電壓供電sssssscos22cos334cos3ALBCtuUutut（）（）式中，式中，UL為電源的線電壓有效值為電源的線電壓有效值采用電壓空間矢量的概念，則有：采用電壓空間矢量的概念，則有：2433s2)3jjsAsBsCUUU eU e（與之相類似，定義磁鏈空間矢量為與之相類似，定義磁鏈空間矢量為2433

25、s2)3jjsAsBsCee （磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理 若忽略電機(jī)定子電阻的影響，則磁鏈可由空間電若忽略電機(jī)定子電阻的影響，則磁鏈可由空間電壓矢量對時間的積分而得到，即壓矢量對時間的積分而得到，即2433s24332)32)3jjssAsBsCjjsAsBsCU dtUU eU edtee （磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理1）逆變器的輸出電壓模式）逆變器的輸出電壓模式 如圖，是電壓源型逆變器。對于如圖，是電壓源型逆變器。對于180度導(dǎo)電型的度導(dǎo)電型的逆變器，他的三個橋臂的六個開關(guān)器件共可形成八個逆變器，他的三個橋臂的六個開關(guān)器件共可形成八個開關(guān)模式。用開關(guān)模式。

26、用SA,SB,SC分別記三個橋臂的狀態(tài)，規(guī)定分別記三個橋臂的狀態(tài)，規(guī)定當(dāng)當(dāng)上橋臂器件導(dǎo)通時橋臂狀態(tài)為上橋臂器件導(dǎo)通時橋臂狀態(tài)為1，下橋臂器件導(dǎo)通，下橋臂器件導(dǎo)通時橋臂狀態(tài)為時橋臂狀態(tài)為0. 這樣，逆變器的八種開關(guān)模式對應(yīng)八這樣，逆變器的八種開關(guān)模式對應(yīng)八個電壓空間矢量，如表。個電壓空間矢量，如表。磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理異步電動機(jī)定子繞組異步電動機(jī)定子繞組ABCSASBSC1235642dU2dU0磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理定子電壓空間矢量開關(guān)狀態(tài)SA,SB,SC A相B相C相矢量表達(dá)式U00000000U1011U2001U3101U4100U5110U60

27、10U7111000023dU13dU13dU13dU13dU23dU13dU23dU13dU23dU13dU13dU13dU13dU23dU13dU13dU23dU23jdU e4323jdU e5323jdU e023jdU e1323jdU e2323jdU e2433s2)3jjsAsBsCUUU eU e（逆變器的空間矢量逆變器的空間矢量 左圖為逆變器的八個左圖為逆變器的八個電壓空間矢量的空間分電壓空間矢量的空間分布。在逆變器的八種開布。在逆變器的八種開關(guān)模式中，有六中開關(guān)關(guān)模式中，有六中開關(guān)模式對應(yīng)非零電壓空間模式對應(yīng)非零電壓空間矢量，矢量幅值為矢量，矢量幅值為 稱為非零電壓空間矢

28、量，稱為非零電壓空間矢量，有兩種開關(guān)模式對應(yīng)的有兩種開關(guān)模式對應(yīng)的電壓空間矢量幅值為電壓空間矢量幅值為0，成為零矢量。成為零矢量。磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理U0U4U3U2U1U5U6U723dU2)磁鏈形成的原理磁鏈形成的原理 設(shè)逆變器輸出的三相電壓為設(shè)逆變器輸出的三相電壓為UA,UB,UC,則加到電機(jī)定子則加到電機(jī)定子上的相電壓為上的相電壓為sAAnsBBnsCCnUUUUUUUUU 其中，其中，Un為電機(jī)定子繞組星型接時中點(diǎn)為電機(jī)定子繞組星型接時中點(diǎn)0相對于逆變器相對于逆變器直流側(cè)的電位。直流側(cè)的電位。磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理電機(jī)定子電壓空間矢量為電機(jī)定

29、子電壓空間矢量為2433s242433332)32)13jjsBsAsCjjjjnBACeUUU eUeUU eUUee（）因此，逆變器輸出電壓空間矢量為因此，逆變器輸出電壓空間矢量為24332)3jjABCUU eU e（磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的基本原理的基本原理U0U4U3U2U1U5U6U7ABCDEF依次給出電壓空間矢量依次給出電壓空間矢量U4,U3,U2,U1, U6, U5則磁鏈?zhǔn)付藢⒀貏t磁鏈?zhǔn)付藢⒀谻B,BA,AF,FE,ED,DC,CB邊的軌邊的軌跡運(yùn)動。這樣，就形成了正六邊跡運(yùn)動。這樣，就形成了正六邊形。形。磁鏈空間矢量的運(yùn)動速度磁鏈

30、空間矢量的運(yùn)動速度的改變可由在各邊中添加的改變可由在各邊中添加零矢量來實(shí)現(xiàn)。添加零矢零矢量來實(shí)現(xiàn)。添加零矢量的原則是選擇使器件開量的原則是選擇使器件開關(guān)次數(shù)最少的零矢量。關(guān)次數(shù)最少的零矢量。磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的控制算法的控制算法現(xiàn)以現(xiàn)以BCBC邊為例說明其控制算法。邊為例說明其控制算法。 設(shè)逆變器輸出頻率為設(shè)逆變器輸出頻率為f fs s, ,則六邊形磁鏈軌跡的每邊則六邊形磁鏈軌跡的每邊運(yùn)動時間應(yīng)為（如運(yùn)動時間應(yīng)為（如BCBC邊邊）16stf 在在BC邊非零電壓空間矢量邊非零電壓空間矢量U1的作用時間的作用時間t1,由圖的幾何關(guān)系有：由圖的幾何關(guān)系有：122tan303dmU t 13mdt

31、U01ttt U0U4U3U2U1U5U6U7ABCDEF 一般為了使磁鏈的運(yùn)動平滑，零矢量并不在某一點(diǎn)加一般為了使磁鏈的運(yùn)動平滑，零矢量并不在某一點(diǎn)加入，而是采用零矢量分割技術(shù)將零矢量多點(diǎn)插入到磁鏈軌入，而是采用零矢量分割技術(shù)將零矢量多點(diǎn)插入到磁鏈軌跡中，其作用之和仍為跡中，其作用之和仍為t0. 與其他與其他PWM方式相比，正六邊形磁鏈軌跡方式相比，正六邊形磁鏈軌跡PWM控控制制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于控制結(jié)構(gòu)簡單，便于微機(jī)實(shí)現(xiàn)，在同樣輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于控制結(jié)構(gòu)簡單，便于微機(jī)實(shí)現(xiàn)，在同樣輸出頻率下，器件的開關(guān)次數(shù)最少。其缺點(diǎn)在于輸出電壓諧出頻率下，器件的開關(guān)次數(shù)最少。其缺點(diǎn)在于輸出電壓諧波含量比較高。為

32、了降低輸出電壓諧波含量，則一般采用波含量比較高。為了降低輸出電壓諧波含量，則一般采用使電機(jī)磁鏈軌跡形狀更接近圓形的正多邊形磁鏈軌跡。使電機(jī)磁鏈軌跡形狀更接近圓形的正多邊形磁鏈軌跡。磁鏈軌跡磁鏈軌跡PWM的控制算法的控制算法小結(jié)小結(jié)2.1 PWM控制性能指標(biāo)控制性能指標(biāo) 以以PWMPWM控制方式運(yùn)行所引起的主要問題有控制方式運(yùn)行所引起的主要問題有電流畸變、變換電流畸變、變換器的開關(guān)損耗、負(fù)載的諧波損耗以及電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動器的開關(guān)損耗、負(fù)載的諧波損耗以及電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動。這些。這些影響可以用以下性能指標(biāo)來描述影響可以用以下性能指標(biāo)來描述。電流諧波電流諧波載波比載波比 最大調(diào)制度最大調(diào)制度 轉(zhuǎn)矩脈動轉(zhuǎn)矩

33、脈動 開關(guān)頻率和開關(guān)損耗開關(guān)頻率和開關(guān)損耗2.5 PWM控制性能指標(biāo)控制性能指標(biāo)1.1.電流諧波電流諧波 諧波電流主要影響電機(jī)的銅耗，它構(gòu)成了電諧波電流主要影響電機(jī)的銅耗，它構(gòu)成了電機(jī)損耗的主要部分。機(jī)損耗的主要部分。2210( )( )1sni titdtIT 電流諧波畸變率電流諧波畸變率( (Total Harmonic DistortionTotal Harmonic Distortion) ) 諧波電流有效值為諧波電流有效值為2112211nsnnnsssnsLUUUnLUnITHDI2 .2 .載波比載波比載波頻率載波頻率fc與與參考波頻率參考波頻率fm之比，用之比，用NCM表示，即：表示，即：CCMMfNf 為了使逆變器輸出盡量接近正弦波，應(yīng)盡可能增大載為了使逆變器輸出盡量接近正弦波，應(yīng)盡可能增大載波比，但是載波比受到下列條件限制：波比，但是載波比受到下列條件限制：CMN功率開關(guān)器件的允許開關(guān)頻率最高的正弦調(diào)制信號頻率2.5 PWM控制性能指標(biāo)控制性能指標(biāo) 3. 3. 最大調(diào)制度最大調(diào)制度 調(diào)制度