電力電子 - 西安交大 - 第7章 PWM控制技術(shù)ppt課件

1、第第7 7章章 PWM PWM控制技術(shù)控制技術(shù) 7.1 PWM 7.1 PWM控制的根本原理控制的根本原理 7.2 PWM 7.2 PWM逆變電路及其控逆變電路及其控制方法制方法 7.3 PWM 7.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 7.4 PWM 7.4 PWM整流電路及其控整流電路及其控制方法制方法 引言引言PWMPWMPulse Width ModulationPulse Width Modulation控制就是對(duì)脈沖的寬度控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)展調(diào)制的技術(shù)，即經(jīng)過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)展調(diào)制，進(jìn)展調(diào)制的技術(shù)，即經(jīng)過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)展調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需求波形含外形和幅值。來(lái)等效地

2、獲得所需求波形含外形和幅值。第第5 5章的直流斬波電路實(shí)踐上采用的就是章的直流斬波電路實(shí)踐上采用的就是PWMPWM技術(shù)，第技術(shù)，第6 6章章中涉及到中涉及到PWMPWM控制技術(shù)的地方有兩處，一處是第控制技術(shù)的地方有兩處，一處是第6.16.1節(jié)中節(jié)中的斬控式交流調(diào)壓電路，另一處是第的斬控式交流調(diào)壓電路，另一處是第6.46.4節(jié)矩陣式變頻電節(jié)矩陣式變頻電路。路。 PWMPWM控制技術(shù)在逆變電路中的運(yùn)用最為廣泛，對(duì)逆變電路控制技術(shù)在逆變電路中的運(yùn)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深化，如今大量運(yùn)用的逆變電路中，絕大的影響也最為深化，如今大量運(yùn)用的逆變電路中，絕大部分都是部分都是PWMPWM型逆變電路

3、。型逆變電路。 7.1 PWM控制的根本原理控制的根本原理面積等效原理面積等效原理 是是PWM控制技術(shù)的重要實(shí)際根底。控制技術(shù)的重要實(shí)際根底。 原理內(nèi)容：沖量相等而外形不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其原理內(nèi)容：沖量相等而外形不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果根本一樣。效果根本一樣。 沖量即指窄脈沖的面積。沖量即指窄脈沖的面積。 效果根本一樣，是指環(huán)節(jié)的輸出呼應(yīng)波形根本一樣。效果根本一樣，是指環(huán)節(jié)的輸出呼應(yīng)波形根本一樣。 假設(shè)把各輸出波形用傅里葉變換分析，那么其低頻段非常接近，僅在假設(shè)把各輸出波形用傅里葉變換分析，那么其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差別。高頻段略有差別。 實(shí)例實(shí)例

4、 將圖將圖7-1a、b、c、d所示的脈沖作為輸入，加在圖所示的脈沖作為輸入，加在圖7-2a所示的所示的R-L電路上，電路上，設(shè)其電流設(shè)其電流i(t)為電路的輸出，圖為電路的輸出，圖7-2b給出了不同窄脈沖時(shí)給出了不同窄脈沖時(shí)i(t)的呼應(yīng)波形。的呼應(yīng)波形。 圖圖7-1 外形不同而沖量一樣的各種窄脈沖外形不同而沖量一樣的各種窄脈沖 圖圖7-2 沖量一樣的各種窄脈沖的呼應(yīng)波形沖量一樣的各種窄脈沖的呼應(yīng)波形 7.1 PWM控制的根本原理控制的根本原理用用PWM波替代正弦半波波替代正弦半波 將正弦半波看成是由將正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖寬度個(gè)彼此相連的脈沖寬度為為/N，但幅值頂部是曲線且大小按

5、正弦規(guī)律變化，但幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的。的脈沖序列組成的。 把上述脈沖序列利用一樣數(shù)量的等幅而不等寬把上述脈沖序列利用一樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖替代，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波的矩形脈沖替代，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積沖量相等，這就是分面積沖量相等，這就是PWM波形。波形。 對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到到PWM波形。波形。 脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波

6、形，也稱(chēng)波形，也稱(chēng)SPWMSinusoidal PWM波形。波形。 PWM波形可分為等幅波形可分為等幅PWM波和不等幅波和不等幅PWM波兩波兩種，由直流電源產(chǎn)生的種，由直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅波通常是等幅PWM波。波?；诘刃娣e原理，基于等效面積原理，PWM波形還可以等效成其他波形還可以等效成其他所需求的波形，如等效所需求的非正弦交流波形等。所需求的波形，如等效所需求的非正弦交流波形等。 圖圖7-3 用用PWM波替代正弦半波波替代正弦半波 7.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法 7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 7.2.2 7.2.2 異步伐制和同

7、步伐制異步伐制和同步伐制 7.2.3 7.2.3 規(guī)那么采樣法規(guī)那么采樣法 7.2.4 PWM 7.2.4 PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析 7.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率提高直流電壓利用率 和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)和減少開(kāi)關(guān)次數(shù) 7.2.6 7.2.6 空間矢量空間矢量SVPWMSVPWM控制控制 7.2.7 PWM 7.2.7 PWM逆變電路的多重化逆變電路的多重化7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法計(jì)算法 根據(jù)逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)根據(jù)逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，將的脈沖數(shù)，將PWM波形中各脈沖的寬度和間隔準(zhǔn)確

8、計(jì)算波形中各脈沖的寬度和間隔準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)，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，出來(lái)，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，就可以得到所需求的就可以得到所需求的PWM波形，這種方法稱(chēng)之為計(jì)算法。波形，這種方法稱(chēng)之為計(jì)算法。 計(jì)算法是很繁瑣的，當(dāng)需求輸出的正弦波的頻率、幅計(jì)算法是很繁瑣的，當(dāng)需求輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。 調(diào)制法調(diào)制法 把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，經(jīng)過(guò)信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的作為載波，經(jīng)過(guò)信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。波形。 通常采用

9、等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波運(yùn)用最多。角波運(yùn)用最多。 7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路 單相橋式單相橋式PWM逆變電路調(diào)制法逆變電路調(diào)制法 電路任務(wù)過(guò)程電路任務(wù)過(guò)程 任務(wù)時(shí)任務(wù)時(shí)V1和和V2通斷互補(bǔ)，通斷互補(bǔ)，V3和和V4通斷也互補(bǔ)，通斷也互補(bǔ)，比如在比如在uo正半周，正半周，V1導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2關(guān)斷，關(guān)斷，V3和和V4交替通交替通斷。斷。 負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有負(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)間為負(fù)。一段區(qū)間為正，一段

10、區(qū)間為負(fù)。 在負(fù)載電流為正的區(qū)間，在負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和和V4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uo=Ud。 V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)過(guò)關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)過(guò)V1和和VD3續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為V1和和V4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，因因io為負(fù)，故為負(fù)，故io實(shí)踐上從實(shí)踐上從VD1和和VD4流過(guò)，仍有流過(guò)，仍有uo=Ud。 V4關(guān)斷，關(guān)斷，V3開(kāi)通后，開(kāi)通后，io從從V3和和VD1續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 uo總可以得到總可以得到Ud和零兩種電平。和零兩種電平。 在在uo的負(fù)半周，讓的負(fù)半周，讓V2堅(jiān)持通態(tài)，堅(jiān)持通態(tài)，V1堅(jiān)持?jǐn)鄳B(tài)，堅(jiān)持?jǐn)鄳B(tài)，V3和和V4交替通斷，負(fù)載

11、電壓交替通斷，負(fù)載電壓uo可以得到可以得到-Ud和零兩種和零兩種電平。電平。 阻感負(fù)載阻感負(fù)載7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路 圖圖7-5 單極性單極性PWM控制方式波形控制方式波形 單極性單極性PWM控制方式控制方式 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)ur為正弦波，載波為正弦波，載波uc在在ur的的正半周為正極性的三角波，在正半周為正極性的三角波，在ur的負(fù)半周的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。為負(fù)極性的三角波。 在在ur的正半周，的正半周，V1堅(jiān)持通態(tài)，堅(jiān)持通態(tài)，V2堅(jiān)堅(jiān)持?jǐn)鄳B(tài)。持?jǐn)鄳B(tài)。 當(dāng)當(dāng)uruc

12、時(shí)使時(shí)使V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V3關(guān)斷，關(guān)斷， uo=Ud。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)使時(shí)使V4關(guān)斷，關(guān)斷，V3導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=0。 在在ur的負(fù)半周，的負(fù)半周，V1堅(jiān)持?jǐn)鄳B(tài)，堅(jiān)持?jǐn)鄳B(tài)，V2堅(jiān)堅(jiān)持通態(tài)。持通態(tài)。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)使時(shí)使V3關(guān)斷，關(guān)斷，V4導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=0。 7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路 圖圖7-6 雙極性雙極性PWM控制方式波形控制方式波形 雙極性雙極性PWM控制方式控制方式 在調(diào)制信號(hào)在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)的交點(diǎn)時(shí)辰控制各開(kāi)關(guān)器件的通斷。時(shí)辰控

13、制各開(kāi)關(guān)器件的通斷。 在在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得的正有負(fù)，所得的PWM波也是有正有負(fù)，波也是有正有負(fù)，在在ur的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只波只需需Ud兩種電平。兩種電平。 在在ur的正負(fù)半周，對(duì)各開(kāi)關(guān)器件的的正負(fù)半周，對(duì)各開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律一樣?？刂埔?guī)律一樣。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，時(shí)，V1和和V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2和和V3關(guān)斷，這時(shí)如關(guān)斷，這時(shí)如io0，那么，那么V1和和V4通，通，如如io0，那么，那么VD1和和VD4通，不論哪種通，不論哪種情況都是情況都是uo=Ud。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，時(shí)，V2和和V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1和和V4關(guān)斷

14、，這時(shí)如關(guān)斷，這時(shí)如io0，那么，那么VD2和和VD3通，不論哪種通，不論哪種情況都是情況都是uo=-Ud。 7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法圖圖7-7 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-8 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 三相橋式三相橋式PWM逆變電路調(diào)制法逆變電路調(diào)制法 采用雙極性控制方式。采用雙極性控制方式。 U、V和和W三相的三相的PWM控制通控制通常公用一個(gè)三角波載波常公用一個(gè)三角波載波uc，三相的，三相的調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)urU、urV和和urW依次相依次相差差120。 7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法電路任務(wù)

15、過(guò)程電路任務(wù)過(guò)程U相為例相為例 當(dāng)當(dāng)urUuc時(shí)，上橋臂時(shí)，上橋臂V1導(dǎo)通，下橋臂導(dǎo)通，下橋臂V4關(guān)斷，那么關(guān)斷，那么U相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N的輸出電壓的輸出電壓uUN=Ud/2。 當(dāng)當(dāng)urUuc時(shí)，時(shí)，V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1關(guān)斷，那么關(guān)斷，那么uUN=-Ud/2。 V1和和V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)一直是互補(bǔ)的。的驅(qū)動(dòng)信號(hào)一直是互補(bǔ)的。 當(dāng)給當(dāng)給V1(V4)加導(dǎo)通訊號(hào)時(shí)，能夠是加導(dǎo)通訊號(hào)時(shí)，能夠是V1(V4)導(dǎo)通，也能夠是二極管導(dǎo)通，也能夠是二極管VD1(VD4)續(xù)續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來(lái)決流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來(lái)決議。議。 uUN、uVN和和uWN的

16、的PWM波形都只波形都只需需Ud/2兩種電平。兩種電平。 圖圖7-7 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-8 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法圖圖7-7 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-8 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 輸出線電壓輸出線電壓PWM波由波由Ud和和0三種電平構(gòu)成。三種電平構(gòu)成。 當(dāng)臂當(dāng)臂1和和6導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uUV=Ud。 當(dāng)臂當(dāng)臂3和和4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uUV=Ud。 當(dāng)臂當(dāng)臂1和和3或臂或臂4和和6導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uUV=0。 負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓uUN

17、可由下式求得可由下式求得 3WNVNUNUNUNuuuuu負(fù)載相電壓的負(fù)載相電壓的PWM波由波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和和0共共5種電平組成。種電平組成。 為了防止上下兩個(gè)臂直通而呵斥短路，在上下兩為了防止上下兩個(gè)臂直通而呵斥短路，在上下兩臂通斷切換時(shí)要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的臂通斷切換時(shí)要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。 7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法圖圖7-9 特定諧波消去法的輸出特定諧波消去法的輸出PWM波形波形 特定諧波消去法特定諧波消去法 是計(jì)算法中一種較有代表性的方法。是計(jì)算法中一種較有代表性的方法。 假設(shè)在輸出電壓半個(gè)周期內(nèi)開(kāi)

18、關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷各假設(shè)在輸出電壓半個(gè)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷各k次，思索到次，思索到PWM波波四分之一周期對(duì)稱(chēng)，共有四分之一周期對(duì)稱(chēng)，共有k個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)辰可以控制，除去用一個(gè)自在度來(lái)控制基個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)辰可以控制，除去用一個(gè)自在度來(lái)控制基波幅值外，可以消去波幅值外，可以消去k1個(gè)頻率的特定諧波。個(gè)頻率的特定諧波。 以三相橋式以三相橋式PWM型逆變電路中的型逆變電路中的uUN波形為例波形為例 在輸出電壓的半個(gè)周期內(nèi)，器件開(kāi)通和關(guān)斷各在輸出電壓的半個(gè)周期內(nèi)，器件開(kāi)通和關(guān)斷各3次不包括次不包括0和和時(shí)辰，時(shí)辰，共有共有6個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)辰可以控制。個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)辰可以控制。 7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)

19、制法為了消除偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩半周期鏡對(duì)稱(chēng)，即為了消除偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩半周期鏡對(duì)稱(chēng)，即 )()(wwtutu為了消除諧波中的余弦項(xiàng)，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后為了消除諧波中的余弦項(xiàng)，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后1/4周期以周期以/2為軸線對(duì)稱(chēng)，即為軸線對(duì)稱(chēng)，即 )()(tutuww同時(shí)滿足式同時(shí)滿足式(7-1)和式和式(7-2)的波形稱(chēng)為四分之一周期對(duì)稱(chēng)波形，這種波形可的波形稱(chēng)為四分之一周期對(duì)稱(chēng)波形，這種波形可用傅里葉級(jí)數(shù)表示為用傅里葉級(jí)數(shù)表示為,5,3, 1sin)(nntnatuww式中，式中，an為為20dsin)(4wwwttntuan(7-1)(7

20、-2)(7-3)7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法圖圖7-9 特定諧波消去法的輸出特定諧波消去法的輸出PWM波形波形 由于圖由于圖7-9的波形是四分之一周期對(duì)稱(chēng)的，所以在一個(gè)周期內(nèi)的的波形是四分之一周期對(duì)稱(chēng)的，所以在一個(gè)周期內(nèi)的12個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)辰不包括辰不包括0和和時(shí)辰中，可以獨(dú)立控制的只需時(shí)辰中，可以獨(dú)立控制的只需1、2和和3共共3個(gè)時(shí)辰，個(gè)時(shí)辰，該波形的該波形的an為為 )cos2cos2cos21 (2d)sin2(dsin2d)sin2(dsin2432120332211wwwwwwwwnnnnUttnUttnUttnUttnUadddddn(7-4)7.2.1

21、7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法在三相對(duì)稱(chēng)電路的線電壓中，相電壓所含的在三相對(duì)稱(chēng)電路的線電壓中，相電壓所含的3次諧波相互抵消，因次諧波相互抵消，因此通?？梢运妓飨ゴ送ǔ？梢运妓飨?次和次和7次諧波，根據(jù)需求確定基波分量次諧波，根據(jù)需求確定基波分量a1的值，的值，再令再令a5和和a7等于等于0，就可以建立三個(gè)方程，聯(lián)立可求得，就可以建立三個(gè)方程，聯(lián)立可求得1、2和和3。 0)7cos27cos27cos21 (720)5cos25cos25cos21 (52)cos2cos2cos21 (2321d7321d5321d1UaUaUa 這樣可以消去兩種特定頻率的諧波，對(duì)于給定的基波幅值

22、這樣可以消去兩種特定頻率的諧波，對(duì)于給定的基波幅值a1，求解，求解上述方程可得一組上述方程可得一組1、2和和3，基波幅值，基波幅值a1改動(dòng)時(shí)，改動(dòng)時(shí)，1、2和和3也相應(yīng)地改動(dòng)。也相應(yīng)地改動(dòng)。 (7-5)7.2.2 7.2.2 異步伐制和同步伐制異步伐制和同步伐制載波頻率載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比之比N= fc/fr稱(chēng)為載波比，根據(jù)載波和信稱(chēng)為載波比，根據(jù)載波和信號(hào)波能否同步及載波比的變化情況，號(hào)波能否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式可分為異步伐制和調(diào)制方式可分為異步伐制和同步伐制兩種。同步伐制兩種。 異步伐制異步伐制 載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不堅(jiān)持同步的調(diào)制方式稱(chēng)為異步伐

23、制。載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不堅(jiān)持同步的調(diào)制方式稱(chēng)為異步伐制。 通常堅(jiān)持載波頻率通常堅(jiān)持載波頻率fc固定不變，因此當(dāng)信號(hào)波頻率固定不變，因此當(dāng)信號(hào)波頻率fr變化時(shí)，載波變化時(shí)，載波比比N是變化的。是變化的。 在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固波的脈沖個(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)。周期的脈沖也不對(duì)稱(chēng)。 當(dāng)當(dāng)fr較低時(shí)，較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱(chēng)產(chǎn)生的不較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱(chēng)產(chǎn)生的不利影響都較小，利影響都較小，PWM波形接近正弦

24、波。波形接近正弦波。 當(dāng)當(dāng)fr增高時(shí)，增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱(chēng)脈沖不對(duì)稱(chēng)的影響就變大，輸出的影響就變大，輸出PWM波和正弦波的差別變大，對(duì)于三相波和正弦波的差別變大，對(duì)于三相PWM型型逆變電路來(lái)說(shuō)，三相輸出的對(duì)稱(chēng)性也變差。逆變電路來(lái)說(shuō)，三相輸出的對(duì)稱(chēng)性也變差。 在采用異步伐制方式時(shí)，希望采用較高的載波頻率，以使在信號(hào)在采用異步伐制方式時(shí)，希望采用較高的載波頻率，以使在信號(hào)波頻率較高時(shí)仍能堅(jiān)持較大的載波比。波頻率較高時(shí)仍能堅(jiān)持較大的載波比。 7.2.2 7.2.2 異步伐制和同步伐制異步伐制和同步伐制ucurUurVurWuuUNuVNO

25、ttttOOOuWN2Ud2Ud圖圖7-10 同步伐制三相同步伐制三相PWM波形波形 同步伐制同步伐制 載波比載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波堅(jiān)持同步的方式稱(chēng)為同載波和信號(hào)波堅(jiān)持同步的方式稱(chēng)為同步伐制。步伐制。 fr變化時(shí)載波比變化時(shí)載波比N不變，信號(hào)波一不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。沖相位也是固定的。 在三相在三相PWM逆變電路中，通常公逆變電路中，通常公用一個(gè)三角波載波，為了使三相輸出用一個(gè)三角波載波，為了使三相輸出波形嚴(yán)厲對(duì)稱(chēng)和一相的波形嚴(yán)厲對(duì)稱(chēng)和一相的PWM波正負(fù)半波正負(fù)半周鏡對(duì)稱(chēng)，取周鏡

26、對(duì)稱(chēng)，取N為為3的整數(shù)倍且為奇數(shù)。的整數(shù)倍且為奇數(shù)。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步伐制時(shí)的伐制時(shí)的fc也很低，也很低，fc過(guò)低時(shí)由調(diào)制帶過(guò)低時(shí)由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除，當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)來(lái)的諧波不易濾除，當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲；時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲；當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步伐當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步伐制時(shí)的制時(shí)的fc會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以接會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以接受。受。 7.2.2 7.2.2 異步伐制和同步伐制異步伐制和同步伐制圖圖7-11 分段同步伐制方式舉例分段同步伐制方式舉例 分段同步伐制分段同步伐制 把把fr范

27、圍劃分成假設(shè)干個(gè)頻段，每范圍劃分成假設(shè)干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)都堅(jiān)持載波比個(gè)頻段內(nèi)都堅(jiān)持載波比N為恒定，不同為恒定，不同頻段的載波比不同。頻段的載波比不同。 在在fr高的頻段采用較低的載波比，高的頻段采用較低的載波比，以使以使fc不致過(guò)高，限制在功率開(kāi)關(guān)器件不致過(guò)高，限制在功率開(kāi)關(guān)器件允許的范圍內(nèi)。允許的范圍內(nèi)。 在在fr低的頻段采用較高的載波比，低的頻段采用較高的載波比，以使以使fc不致過(guò)低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。不致過(guò)低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。 為了防止為了防止fc在切換點(diǎn)附近的來(lái)回跳在切換點(diǎn)附近的來(lái)回跳動(dòng)，在各頻率切換點(diǎn)采用了滯后切換的動(dòng)，在各頻率切換點(diǎn)采用了滯后切換的方法。方法。 有的安裝在低

28、頻輸出時(shí)采用異步伐有的安裝在低頻輸出時(shí)采用異步伐制方式，而在高頻輸出時(shí)切換到同步伐制方式，而在高頻輸出時(shí)切換到同步伐制方式，這樣可以把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起制方式，這樣可以把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分段同步方式的效果接近。來(lái)，和分段同步方式的效果接近。 實(shí)線表示實(shí)線表示輸出頻率輸出頻率增高時(shí)的增高時(shí)的切換頻率切換頻率虛線表示虛線表示輸出頻率輸出頻率降低時(shí)的降低時(shí)的切換頻率切換頻率 7.2.3 7.2.3 規(guī)那么采樣法規(guī)那么采樣法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)那么采樣規(guī)那么采樣法法 在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)辰控制功在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)辰控制功率

29、開(kāi)關(guān)器件的通斷，這種生成率開(kāi)關(guān)器件的通斷，這種生成SPWM波形的波形的方法稱(chēng)為自然采樣法。方法稱(chēng)為自然采樣法。 規(guī)那么采樣法規(guī)那么采樣法 是一種運(yùn)用較廣的工程適用方法，其效是一種運(yùn)用較廣的工程適用方法，其效果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣法小得多。法小得多。 方法闡明方法闡明 取三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣取三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期周期Tc，使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角，使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)即負(fù)峰點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)。波中點(diǎn)即負(fù)峰點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)。 在三角波的負(fù)峰時(shí)辰在三角波的負(fù)峰時(shí)辰tD對(duì)正弦信號(hào)波對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到采樣而得到D點(diǎn)，過(guò)

30、點(diǎn)，過(guò)D點(diǎn)作一程度直線和三點(diǎn)作一程度直線和三角波分別交于角波分別交于A點(diǎn)和點(diǎn)和B點(diǎn)，在點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)辰點(diǎn)時(shí)辰tA和和B點(diǎn)時(shí)辰點(diǎn)時(shí)辰tB控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷?？刂乒β书_(kāi)關(guān)器件的通斷。 可以看出，用這種規(guī)那么采樣法得到可以看出，用這種規(guī)那么采樣法得到的脈沖寬度的脈沖寬度和用自然采樣法得到的脈沖寬和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。度非常接近。 7.2.3 7.2.3 規(guī)那么采樣法規(guī)那么采樣法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)那么采樣規(guī)那么采樣法法 和和確實(shí)定確實(shí)定 設(shè)正弦調(diào)制信號(hào)波為設(shè)正弦調(diào)制信號(hào)波為 taurrwsin 式中，式中，a稱(chēng)為調(diào)制度，稱(chēng)為

31、調(diào)制度，0a r，是很容易濾除的。，是很容易濾除的。 當(dāng)調(diào)制信號(hào)波不是正弦波，而是其它波形時(shí)，其諧波當(dāng)調(diào)制信號(hào)波不是正弦波，而是其它波形時(shí)，其諧波由兩部分組成，一部分是對(duì)信號(hào)波本身進(jìn)展諧波分析所由兩部分組成，一部分是對(duì)信號(hào)波本身進(jìn)展諧波分析所得的結(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。的諧波。 7.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率、減少開(kāi)關(guān)次數(shù)在提高直流電壓利用率、減少開(kāi)關(guān)次數(shù)在PWM型逆變電路型逆變電路中是很重要的。中是很重要的。 直流電壓利用率是指逆變電路所能輸

32、出的交流電壓基波直流電壓利用率是指逆變電路所能輸出的交流電壓基波最大幅值最大幅值U1m和直流電壓和直流電壓Ud之比。之比。 提高直流電壓利用率可以提高逆變器的輸出才干。提高直流電壓利用率可以提高逆變器的輸出才干。 減少功率器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)可以降低開(kāi)關(guān)損耗。減少功率器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)可以降低開(kāi)關(guān)損耗。正弦波調(diào)制的三相正弦波調(diào)制的三相PWM逆變電路的直流電壓利用率很低。逆變電路的直流電壓利用率很低。 在調(diào)制度在調(diào)制度a為最大值為最大值1時(shí)，輸出相電壓的基波幅值為時(shí)，輸出相電壓的基波幅值為Ud/2，輸出線電壓的基波幅值為，輸出線電壓的基波幅值為 ，即直流電壓利，即直流電壓利用率僅為用率僅為0.866。 實(shí)

33、踐電路任務(wù)時(shí)，思索到功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷都需求實(shí)踐電路任務(wù)時(shí)，思索到功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷都需求時(shí)間，如不采取其他措施，調(diào)制度不能夠到達(dá)時(shí)間，如不采取其他措施，調(diào)制度不能夠到達(dá)1，實(shí)踐能，實(shí)踐能得到的直流電壓利用率比得到的直流電壓利用率比0.866還要低。還要低。 dU) 2/3(7.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)ucurUurVurWuuUNOwtOwtOwtOwtuVNuUV圖圖7-15 梯形波為調(diào)制信號(hào)的梯形波為調(diào)制信號(hào)的PWM控制控制 采用梯形波作為調(diào)制信號(hào)采用梯形波作為調(diào)制信號(hào) 當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相

34、等時(shí)，梯形波所含的基波分量幅值已時(shí)，梯形波所含的基波分量幅值已超越了三角波幅值，可以有效地提超越了三角波幅值，可以有效地提高直流電壓利用率。高直流電壓利用率。 決議功率開(kāi)關(guān)器件通斷的方法和決議功率開(kāi)關(guān)器件通斷的方法和用正弦波作為調(diào)制信號(hào)波時(shí)完全一用正弦波作為調(diào)制信號(hào)波時(shí)完全一樣。樣。 對(duì)梯形波的外形用三角化率對(duì)梯形波的外形用三角化率 = Ut/Uto來(lái)描畫(huà)，其中來(lái)描畫(huà)，其中Ut為以橫軸為為以橫軸為底時(shí)梯形波的高，底時(shí)梯形波的高，Uto為以橫軸為底為以橫軸為底邊把梯形兩腰延伸后相交所構(gòu)成的邊把梯形兩腰延伸后相交所構(gòu)成的三角形的高。三角形的高。 =0時(shí)梯形波變?yōu)榫匦尾?，時(shí)梯形波變?yōu)榫匦尾ǎ?=1時(shí)

35、時(shí)梯形波變?yōu)槿遣āＬ菪尾ㄗ優(yōu)槿遣ā?7.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)圖圖7-16 變化時(shí)的變化時(shí)的和直流電壓利用率和直流電壓利用率 圖圖7-17 變化時(shí)的各次諧波含量變化時(shí)的各次諧波含量 由于梯形波中含有低次諧波，調(diào)制后的由于梯形波中含有低次諧波，調(diào)制后的PWM波仍含有同樣的低次諧波，設(shè)波仍含有同樣的低次諧波，設(shè)由這些低次諧波不包括由載波引起的諧波產(chǎn)生的波形畸變率為由這些低次諧波不包括由載波引起的諧波產(chǎn)生的波形畸變率為，那么，那么三角化率三角化率 不同時(shí)，不同時(shí)，和直流電壓利用率和直流電壓利用率U1m/Ud也不同。也不同。 =0.4時(shí)

36、，諧波含量也較少，約為時(shí)，諧波含量也較少，約為3.6%，直流電壓利用率為，直流電壓利用率為1.03，綜合效果，綜合效果較好。較好。用梯形波調(diào)制時(shí)，輸出波形中含有用梯形波調(diào)制時(shí)，輸出波形中含有5次、次、7次等低次諧波，這是梯形波調(diào)制次等低次諧波，這是梯形波調(diào)制的缺陷，實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，可以思索將正弦波和梯形波結(jié)合運(yùn)用。的缺陷，實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，可以思索將正弦波和梯形波結(jié)合運(yùn)用。7.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)uucr1uOwturur1uOwtur3圖圖7-18 疊加疊加3次諧波的調(diào)制信號(hào)次諧波的調(diào)制信號(hào) 線電壓控制方式線電壓控制方式 目的是使輸出的線

37、電壓波形中不含低次諧波，同時(shí)盡能夠提高直流電壓利目的是使輸出的線電壓波形中不含低次諧波，同時(shí)盡能夠提高直流電壓利用率，也應(yīng)盡量減少功率器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)。用率，也應(yīng)盡量減少功率器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)。 在相電壓正弦波調(diào)制信號(hào)中疊加適當(dāng)大小的在相電壓正弦波調(diào)制信號(hào)中疊加適當(dāng)大小的3次諧波，使之成為鞍形波，次諧波，使之成為鞍形波，那么經(jīng)過(guò)那么經(jīng)過(guò)PWM調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓中也必然包含調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓中也必然包含3次諧波，且三相次諧波，且三相的三次諧波相位一樣，在合成線電壓時(shí)，各相電壓的的三次諧波相位一樣，在合成線電壓時(shí)，各相電壓的3次諧波相互抵消，線電次諧波相互抵消，線電壓為正弦波。壓為正弦波

38、。 圖圖7-18中，調(diào)制信號(hào)中，調(diào)制信號(hào)ur成為鞍形波，基波分量成為鞍形波，基波分量ur1的幅值更大，但的幅值更大，但ur的最的最大值不超越三角波載波最大值。大值不超越三角波載波最大值。 基波基波ur1正峰值附近恰正峰值附近恰為為3次諧波次諧波ur3的負(fù)半波，的負(fù)半波，兩者相互抵消。兩者相互抵消。 7.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)圖圖7-19 線電壓控制方式舉例線電壓控制方式舉例 線電壓控制方式舉例線電壓控制方式舉例 可以在正弦調(diào)制信號(hào)中疊加可以在正弦調(diào)制信號(hào)中疊加3次諧波外，次諧波外，還可以疊加其他還可以疊加其他3倍頻于正弦波的信號(hào)，也

39、可倍頻于正弦波的信號(hào)，也可以再疊加直流分量，這些都不會(huì)影響線電壓。以再疊加直流分量，這些都不會(huì)影響線電壓。 圖圖7-19中，中，up中既包含中既包含3的整數(shù)倍次諧波，的整數(shù)倍次諧波，也包含直流分量，而且其大小是隨正弦信號(hào)的也包含直流分量，而且其大小是隨正弦信號(hào)的大小而變化的，設(shè)三角波載波幅值為大小而變化的，設(shè)三角波載波幅值為1，三相，三相調(diào)制信號(hào)中的正弦波分量分別為調(diào)制信號(hào)中的正弦波分量分別為urU1、urV1和和urW1，并令，并令 1),min(rW1rV1rU1puuuu那么三相的調(diào)制信號(hào)分別為那么三相的調(diào)制信號(hào)分別為prW1rWprV1rVprU1rUuuuuuuuuu(7-12)(7

40、-13)7.2.5 7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)圖圖7-19 線電壓控制方式舉例線電壓控制方式舉例 不論不論urU1、urV1和和urW1幅值的大小，幅值的大小，urU、urV、urW中總有中總有1/3周期的值是周期的值是和三角波負(fù)峰值相等的，其值為和三角波負(fù)峰值相等的，其值為-1，在，在這這1/3周期中，并不對(duì)調(diào)制信號(hào)值為周期中，并不對(duì)調(diào)制信號(hào)值為-1的的一相進(jìn)展控制，而只對(duì)其他兩相進(jìn)展一相進(jìn)展控制，而只對(duì)其他兩相進(jìn)展PWM控制，因此也稱(chēng)為兩相控制方式。控制，因此也稱(chēng)為兩相控制方式。兩相控制方式有以下優(yōu)點(diǎn)兩相控制方式有以下優(yōu)點(diǎn) 在信號(hào)波的在信號(hào)

41、波的1/3周期內(nèi)開(kāi)關(guān)器件不動(dòng)作，周期內(nèi)開(kāi)關(guān)器件不動(dòng)作，可使功率器件的開(kāi)關(guān)損耗減少可使功率器件的開(kāi)關(guān)損耗減少1/3。 最大輸出線電壓基波幅值為最大輸出線電壓基波幅值為Ud，和相，和相電壓控制方法相比，直流電壓利用率提電壓控制方法相比，直流電壓利用率提高了高了15%。 輸出線電壓中不含低次諧波，這是由輸出線電壓中不含低次諧波，這是由于相電壓中相應(yīng)于于相電壓中相應(yīng)于up的諧波分量相互抵的諧波分量相互抵消的緣故，這一性能優(yōu)于梯形波調(diào)制方消的緣故，這一性能優(yōu)于梯形波調(diào)制方式。式。 7.2.6 7.2.6 空間矢量空間矢量SVPWMSVPWM控制控制空間矢量空間矢量SVPWM控制技術(shù)廣泛運(yùn)用于變頻器中，驅(qū)

42、動(dòng)交流電機(jī)時(shí)，使電機(jī)控制技術(shù)廣泛運(yùn)用于變頻器中，驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)時(shí)，使電機(jī)的磁鏈成為圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而使電機(jī)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。的磁鏈成為圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而使電機(jī)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。 空間矢量空間矢量SVPWM控制技術(shù)控制技術(shù) 圖圖4-9所示的三相電壓型橋式逆變電路，采用所示的三相電壓型橋式逆變電路，采用180導(dǎo)通方式，共有導(dǎo)通方式，共有8種任務(wù)種任務(wù)形狀，即形狀，即V6、V1、V2通，通，V1、V2、V3通，通，V2、V3、V4通，通，V3、V4、V5通，通，V4、V5、V6通，通，V5、V6、V1通，以及通，以及V1、V3、V5通和通和V2、V4、V6通，用通，用“1表示每相上橋臂開(kāi)關(guān)導(dǎo)通

43、，用表示每相上橋臂開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，用“0表示下橋臂開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，那么上述表示下橋臂開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，那么上述8種任種任務(wù)形狀可依次表示為務(wù)形狀可依次表示為100、110、010、011、001、101以及以及111和和000。 前前6種形狀有輸出電壓，屬有效任務(wù)形狀，而后兩種全部是上管通或下管種形狀有輸出電壓，屬有效任務(wù)形狀，而后兩種全部是上管通或下管通，沒(méi)有輸出電壓，稱(chēng)之為零任務(wù)形狀，故對(duì)于這種根本的逆變器，稱(chēng)之為通，沒(méi)有輸出電壓，稱(chēng)之為零任務(wù)形狀，故對(duì)于這種根本的逆變器，稱(chēng)之為6拍逆變器。拍逆變器。 圖圖4-9 三相電壓型橋式逆變電路三相電壓型橋式逆變電路 7.2.6 7.2.6 空間矢量空間矢量SVPWM

44、SVPWM控制控制圖圖7-20 電壓空間矢量六邊形電壓空間矢量六邊形 圖圖7-21 空間電壓矢量的線形組合空間電壓矢量的線形組合 對(duì)于對(duì)于6拍逆變器，在每個(gè)任務(wù)周期中，拍逆變器，在每個(gè)任務(wù)周期中，6種種有效任務(wù)形狀各出現(xiàn)一次，每一種形狀繼續(xù)有效任務(wù)形狀各出現(xiàn)一次，每一種形狀繼續(xù)60，在一個(gè)周期中，在一個(gè)周期中6個(gè)電壓矢量共轉(zhuǎn)過(guò)個(gè)電壓矢量共轉(zhuǎn)過(guò)360，構(gòu)成一個(gè)封鎖的正六邊形，對(duì)于構(gòu)成一個(gè)封鎖的正六邊形，對(duì)于111和和000這這兩個(gè)兩個(gè)“零任務(wù)形狀，在這里表現(xiàn)為位于原零任務(wù)形狀，在這里表現(xiàn)為位于原點(diǎn)的零矢量，坐落在正六邊形的中心點(diǎn)。點(diǎn)的零矢量，坐落在正六邊形的中心點(diǎn)。 采用采用PWM控制，就可以使

45、交流電機(jī)的磁控制，就可以使交流電機(jī)的磁通盡量接近圓形，任務(wù)頻率越高，磁通就越通盡量接近圓形，任務(wù)頻率越高，磁通就越接近圓形，需求的電壓矢量不是接近圓形，需求的電壓矢量不是6個(gè)根本電個(gè)根本電壓矢量時(shí)，可以用兩個(gè)根本矢量和零矢量的壓矢量時(shí)，可以用兩個(gè)根本矢量和零矢量的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖如圖7-21中，所要的矢量為中，所要的矢量為us，用根本矢，用根本矢量量u1和和u2的線形組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，的線形組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，u1和和u2的作的作用時(shí)間普通小于開(kāi)關(guān)周期用時(shí)間普通小于開(kāi)關(guān)周期To的的60，缺乏的，缺乏的時(shí)間可用時(shí)間可用“零矢量補(bǔ)齊。零矢量補(bǔ)齊。 7.2.7 PWM7.2.7 PWM逆變電路的多重化

46、逆變電路的多重化圖圖7-22 二重二重PWM型逆變電路型逆變電路 目的是為了提高等效開(kāi)關(guān)頻率，減少開(kāi)關(guān)損耗，減目的是為了提高等效開(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。少和載波有關(guān)的諧波分量。PWM逆變電路多重化結(jié)合方式有變壓器方式和電逆變電路多重化結(jié)合方式有變壓器方式和電抗器方式。抗器方式。電抗器聯(lián)接的二重電抗器聯(lián)接的二重PWM逆變電路逆變電路 電路的輸出從電抗器中心抽頭處引出。電路的輸出從電抗器中心抽頭處引出。 兩個(gè)單元逆變電路的載波信號(hào)相互錯(cuò)開(kāi)兩個(gè)單元逆變電路的載波信號(hào)相互錯(cuò)開(kāi)180，輸，輸出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)N的電壓的電壓uUN=(uU1N+uU2N)

47、/2，已變?yōu)閱螛O性，已變?yōu)閱螛O性PWM波了，波了，輸出線電壓共有輸出線電壓共有0、(1/2)Ud、Ud五個(gè)電平，比非五個(gè)電平，比非多重化時(shí)諧波有所減少。多重化時(shí)諧波有所減少。 所加電壓的頻率越高，電抗器所需的電感量就越所加電壓的頻率越高，電抗器所需的電感量就越小。小。圖圖7-23 二重二重PWM型逆變電路輸出波形型逆變電路輸出波形 7.2.7 PWM7.2.7 PWM逆變電路的多重化逆變電路的多重化二重化后，輸出電壓中所含諧波的二重化后，輸出電壓中所含諧波的角頻率仍可表示為角頻率仍可表示為n c+k r，但其，但其中當(dāng)中當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)的諧波已全部被除為奇數(shù)時(shí)的諧波已全部被除去，諧波的最低頻率在去

48、，諧波的最低頻率在2 c附近，附近，相當(dāng)于電路的等效載波頻率提高了相當(dāng)于電路的等效載波頻率提高了一倍。一倍。 圖圖7-22 二重二重PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-23 二重二重PWM型逆變電路輸出波形型逆變電路輸出波形 7.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 7.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 7.3.2 三角波比較方式三角波比較方式7.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式圖圖7-24 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+D Ii*-D Ii*圖圖7-25 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流出電流 跟蹤控制方法：把希望輸出的電跟蹤

49、控制方法：把希望輸出的電流或電壓波形作為指令信號(hào)，把實(shí)流或電壓波形作為指令信號(hào)，把實(shí)踐電流或電壓波形作為反響信號(hào)，踐電流或電壓波形作為反響信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩者的瞬時(shí)值比較來(lái)決議逆變經(jīng)過(guò)兩者的瞬時(shí)值比較來(lái)決議逆變電路各功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，使實(shí)電路各功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，使實(shí)踐的輸出跟蹤指令信號(hào)變化踐的輸出跟蹤指令信號(hào)變化滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 電流跟蹤控制運(yùn)用最多。電流跟蹤控制運(yùn)用最多。 PWM電流跟蹤控制單相半橋電流跟蹤控制單相半橋式逆變電路式逆變電路 把指令電流把指令電流i*和實(shí)踐輸出電和實(shí)踐輸出電流流i的偏向的偏向i*-i作為帶有滯環(huán)特性的作為帶有滯環(huán)特性的比較器的輸入，經(jīng)過(guò)其輸出來(lái)控制比較器的

50、輸入，經(jīng)過(guò)其輸出來(lái)控制功率器件功率器件V1和和V2的通斷。的通斷。 電抗器電抗器7.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式控制規(guī)律控制規(guī)律 當(dāng)當(dāng)V1或或VD1導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，i增增大。大。 當(dāng)當(dāng)V2或或VD2導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，i減減小。小。 經(jīng)過(guò)環(huán)寬為經(jīng)過(guò)環(huán)寬為2I的滯環(huán)比較器的滯環(huán)比較器的控制，的控制，i就在就在i*+I和和i*-I的的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤指令范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤指令電流電流i*。環(huán)寬過(guò)寬時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率低，跟環(huán)寬過(guò)寬時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過(guò)窄時(shí)，跟蹤蹤誤差大；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)誤差小，但開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，開(kāi)關(guān)損耗增大。關(guān)損耗增大。L大時(shí)，大時(shí)，i的變化

51、率小，跟蹤慢；的變化率小，跟蹤慢；L小時(shí)，小時(shí)，i的變化率大，開(kāi)關(guān)頻的變化率大，開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高。率過(guò)高。圖圖7-24 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+D Ii*-D Ii*圖圖7-25 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 7.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式圖圖7-26 三相電流跟蹤型三相電流跟蹤型PWM逆變電路逆變電路 圖圖7-25 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 三相電流跟蹤型三相電流跟蹤型PWM逆變電路逆變電路 由三個(gè)單相半橋電路組成，三相電流由三個(gè)單相半橋電路組成，三相電流指令信號(hào)指令

52、信號(hào)i*U、i*V和和i*W依次相差依次相差120。 在線電壓的正半周和負(fù)半周內(nèi)，都有在線電壓的正半周和負(fù)半周內(nèi)，都有極性相反的脈沖輸出，這將使輸出電壓中極性相反的脈沖輸出，這將使輸出電壓中的諧波分量增大，也使負(fù)載的諧波損耗添的諧波分量增大，也使負(fù)載的諧波損耗添加。加。采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路有如下特點(diǎn)變流電路有如下特點(diǎn) 硬件電路簡(jiǎn)單。硬件電路簡(jiǎn)單。 實(shí)時(shí)控制，電流呼應(yīng)快。實(shí)時(shí)控制，電流呼應(yīng)快。 不用載波，輸出電壓波形中不含特定不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。頻率的諧波。 和計(jì)算法及調(diào)制法相比，一樣開(kāi)關(guān)頻和計(jì)算法及調(diào)制法相比，一樣開(kāi)關(guān)頻

53、率時(shí)輸出電流中高次諧波含量多。率時(shí)輸出電流中高次諧波含量多。 屬于閉環(huán)控制，是各種跟蹤型屬于閉環(huán)控制，是各種跟蹤型PWM變流電路的共同特點(diǎn)。變流電路的共同特點(diǎn)。7.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式圖圖7-28 電壓跟蹤控制電路舉例電壓跟蹤控制電路舉例 電壓跟蹤控制電壓跟蹤控制 把指令電壓把指令電壓u*和輸出電壓和輸出電壓u進(jìn)展比較，濾除偏向信號(hào)中的諧波，濾波器的進(jìn)展比較，濾除偏向信號(hào)中的諧波，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器，由比較器輸出控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤輸出送入滯環(huán)比較器，由比較器輸出控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制?？刂啤?輸出電壓輸出電壓PWM波形中含大量高次諧波，必

54、需用適當(dāng)?shù)臑V波器濾除。波形中含大量高次諧波，必需用適當(dāng)?shù)臑V波器濾除。 u*=0時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓u為頻率較高的矩形波，相當(dāng)于一個(gè)自勵(lì)振蕩電路。為頻率較高的矩形波，相當(dāng)于一個(gè)自勵(lì)振蕩電路。 u*為直流信號(hào)時(shí)，為直流信號(hào)時(shí)，u產(chǎn)生直流偏移，變?yōu)檎?fù)脈沖寬度不等，正寬負(fù)窄或產(chǎn)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。正窄負(fù)寬的矩形波。 u*為交流信號(hào)時(shí)，只需其頻率遠(yuǎn)低于上述自勵(lì)振蕩頻率，從為交流信號(hào)時(shí)，只需其頻率遠(yuǎn)低于上述自勵(lì)振蕩頻率，從u中濾除由器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件通斷產(chǎn)生的高次諧波后，所得的波形就幾乎和u* 一樣，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤一樣

55、，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制。控制。7.3.2 三角波比較方式三角波比較方式圖圖7-29 三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路 三角波比較方式三角波比較方式 把指令電流把指令電流i*U、i*V和和i*W和逆和逆變電路實(shí)踐輸出的電流變電路實(shí)踐輸出的電流iU、iV、iW進(jìn)展比較，求出偏向電流，經(jīng)過(guò)放大進(jìn)展比較，求出偏向電流，經(jīng)過(guò)放大器器A放大后，再去和三角波進(jìn)展比較，放大后，再去和三角波進(jìn)展比較，產(chǎn)生產(chǎn)生PWM波形。波形。 放大器放大器A通常具有比例積分特性通常具有比例積分特性或比例特性，其系數(shù)直接影響著逆變或比例特性，其系數(shù)直接影響著逆變電路的電流跟蹤特性。電路的電流跟蹤特

56、性。 特點(diǎn)特點(diǎn) 開(kāi)關(guān)頻率固定，等于載波頻率，開(kāi)關(guān)頻率固定，等于載波頻率，高頻濾波器設(shè)計(jì)方便。高頻濾波器設(shè)計(jì)方便。 為改善輸出電壓波形，三角波為改善輸出電壓波形，三角波載波常用三相三角波載波。載波常用三相三角波載波。 和滯環(huán)比較控制方式相比，這和滯環(huán)比較控制方式相比，這種控制方式輸出電流所含的諧波少。種控制方式輸出電流所含的諧波少。7.3.2 三角波比較方式三角波比較方式定時(shí)比較方式定時(shí)比較方式 不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘。不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘。 以固定的采樣周期對(duì)指令信號(hào)和被控制變量進(jìn)展采樣，以固定的采樣周期對(duì)指令信號(hào)和被控制變量進(jìn)展采樣，并根據(jù)二者偏向的極性來(lái)控

57、制變流電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，并根據(jù)二者偏向的極性來(lái)控制變流電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，使被控制量跟蹤指令信號(hào)。使被控制量跟蹤指令信號(hào)。 以單相半橋逆變電路為例，在時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)的采樣時(shí)以單相半橋逆變電路為例，在時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)的采樣時(shí)辰辰 如如ii*，V1關(guān)斷，關(guān)斷，V2導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使i減小。減小。 每個(gè)采樣時(shí)辰的控制造用都使實(shí)踐電流與指令電流的每個(gè)采樣時(shí)辰的控制造用都使實(shí)踐電流與指令電流的誤差減小。誤差減小。 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)鐘頻率的的1/2。 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，和滯環(huán)比較方式相比，電流控制誤差沒(méi)有一定

58、的環(huán)寬，控制的精度低一些?？刂频木鹊鸵恍?.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 7.4.1 PWM整流電路的任務(wù)原理整流電路的任務(wù)原理 7.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電路的控制方法7.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法引言引言實(shí)踐運(yùn)用的整流電路幾乎都是晶閘管相控整流電實(shí)踐運(yùn)用的整流電路幾乎都是晶閘管相控整流電路或二極管整流電路。路或二極管整流電路。 隨著觸發(fā)延遲角隨著觸發(fā)延遲角的增大，位移因數(shù)降低。的增大，位移因數(shù)降低。 輸入電流中諧波分量相當(dāng)大，功率因數(shù)很低。輸入電流中諧波分量相當(dāng)大，功率因數(shù)很低。 把逆變電路中的把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用

59、于整流電路，控制技術(shù)用于整流電路，就構(gòu)成了就構(gòu)成了PWM整流電路。整流電路。 經(jīng)過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)對(duì)PWM整流電路的適當(dāng)控制，可以使其整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，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)近似為功率因數(shù)近似為1。 也稱(chēng)為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整也稱(chēng)為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器。流器。 7.4.1 PWM整流電路的任務(wù)原理整流電路的任務(wù)原理圖圖7-30 單相單相PWM整流電路整流電路a)單相半橋電路單相半橋電路 b)單相全橋電路單相全橋電路 可分為電壓型和電流型兩大類(lèi)，目前研討和可分為電壓型和電流型兩大類(lèi)，目前研討

60、和運(yùn)用較多的是電壓型運(yùn)用較多的是電壓型PWM整流電路。整流電路。單相單相PWM整流電路整流電路 對(duì)于半橋電路來(lái)說(shuō)，直流側(cè)電容必需由對(duì)于半橋電路來(lái)說(shuō)，直流側(cè)電容必需由兩個(gè)電容串聯(lián)，其中點(diǎn)和交流電源銜接，對(duì)兩個(gè)電容串聯(lián)，其中點(diǎn)和交流電源銜接，對(duì)于全橋電路來(lái)說(shuō)，直流側(cè)電容只需一個(gè)就可于全橋電路來(lái)說(shuō)，直流側(cè)電容只需一個(gè)就可以了。以了。 任務(wù)原理以全橋電路為例任務(wù)原理以全橋電路為例 按照正弦信號(hào)波和三角波相比較的方按照正弦信號(hào)波和三角波相比較的方法對(duì)圖法對(duì)圖7-30b中的中的V1V4進(jìn)展進(jìn)展SPWM控制，就控制，就可以在橋的交流輸入端可以在橋的交流輸入端AB產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)SPWM波波uAB。 uAB中