第6章PWM控制技術(shù)綜述

1、第第6 6章章 PWMPWM控制技術(shù)控制技術(shù) 6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 6.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法 6.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 6.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 本章小結(jié)本章小結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)22022-4-27The most widely used control techniquein power electronics電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)32022-4-27引言引言PWM（Pulse Width Modulation）控制就控制就是是脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)，即通過對一系列脈沖的，即通過對一系

2、列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。（含形狀和幅值）。 2022-4-27電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)42022-4-27引言引言PWM（Pulse Width Modulation）控制就控制就是是脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)，即通過對一系列脈沖的，即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。（含形狀和幅值）。 2022-4-27直流斬波中直流斬波中使用使用PWM控制控制電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)52022-4-27引言引言PWM控制技術(shù)在控制技術(shù)在逆變逆變電路中的應(yīng)用最為電

3、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)廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻，現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路型逆變電路。 2022-4-27PWM（Pulse Width Modulation）控制就控制就是是脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)，即通過對一系列脈沖的，即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。（含形狀和幅值）。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)62022-4-27圖圖5-8 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 將將兩個電流可逆斬波電

4、路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，使電動機可以使電動機可以4象限象限運行。運行。 工作過程工作過程 V4導(dǎo)通時，等效為一組電流可逆斬波電路，提供導(dǎo)通時，等效為一組電流可逆斬波電路，提供正電壓正電壓，可使電動機，可使電動機工作于工作于第第1、2象限象限。 V2導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，V3、VD3和和V4、VD4等效為又一組電流可逆斬波電路，向電等效為又一組電流可逆斬波電路，向電動機提供動機提供負電壓負電壓，可使電動機工作于，可使電動機工作于第第3、4象限象限?；仡櫍夯仡櫍弘娏骺赡鏀夭娐冯娏骺赡鏀夭娐冯娏﹄娮蛹夹g(shù)電力電子技術(shù)720

5、22-4-27圖圖5-8 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 將將兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，使電動機可以使電動機可以4象限象限運行。運行。 工作過程工作過程 V4導(dǎo)通時，等效為圖導(dǎo)通時，等效為圖5-7a所示的電流可逆斬波電路，提供所示的電流可逆斬波電路，提供正電壓正電壓，可使，可使電動機工作于電動機工作于第第1、2象限象限。 V2導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，V3、VD3和和V4、VD4等效為又一組電流可逆斬波電路，向電等效為又一組電流可逆斬波電路，向電動機提供動機提供負電壓負電

6、壓，可使電動機工作于，可使電動機工作于第第3、4象限象限。亦可由此電路進行亦可由此電路進行DC-AC雙向變換雙向變換交流負載或電網(wǎng)交流負載或電網(wǎng)回顧：回顧：4.2.1 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路第第6 6章章 PWMPWM控制技術(shù)控制技術(shù) 6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 6.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法 6.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 6.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 本章小結(jié)本章小結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)92022-4-27重要理論基礎(chǔ)重要理論基礎(chǔ)面積等效原理面積等效原理 The equal-area theorem沖量

7、相等沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其上時，其效果基本相同效果基本相同。d)d)單位脈沖函數(shù)單位脈沖函數(shù)f f ( (t t) )d d ( (t t) )t tO Oa)a)矩形脈沖矩形脈沖b)b)三角形脈沖三角形脈沖c)c)正弦半波脈沖正弦半波脈沖t tO Ot tO Ot tO Of f ( (t t) )f f ( (t t) )f f ( (t t) )6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)102022-4-276.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理面積等效原理面積等效原理如果把各輸出波形用傅里葉變

8、換分析，則其低如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 實例實例 將沖量相同的脈沖作為輸入，加在如圖所將沖量相同的脈沖作為輸入，加在如圖所示的示的R-L電路電路上，設(shè)其電流上，設(shè)其電流i(t)為電路的輸出，為電路的輸出，可以獲得不同窄脈沖時可以獲得不同窄脈沖時i(t)的響應(yīng)波形。的響應(yīng)波形。 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)112022-4-27OutSPWM波波Out如何用一系列如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅

9、不等寬的脈沖來代替一個正弦半波來代替一個正弦半波Out6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)122022-4-27若要改變等效輸出正弦波幅值，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按同一比例改變各脈沖寬度即可?？?。SPWM波波Out如何用一系列如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波來代替一個正弦半波OutOut6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)132022-4-27OwtUd-Ud 負半周可采取同樣方法，得到負半周可采取同樣方法，得到PWMPWM波形：波形：6.1 PWM控制的基本原理控制的基本

10、原理單極性單極性PWM控制方式控制方式電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)142022-4-27OwtUd-Ud 另外一種等效方式另外一種等效方式6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理雙極性雙極性PWM控制方式控制方式電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)152022-4-27直流斬波電路直流斬波電路 直流波形直流波形SPWMSPWM波波 正弦波形正弦波形PWMPWM電流波：電流波：電流型逆變電路進行電流型逆變電路進行PWMPWM控制，得到的就是控制，得到的就是PWMPWM電流波。電流波。PWMPWM波可等效的各種波形波可等效的各種波形l 所需波形所需波形 l 等效的等效的PWMPWM波波0s5m s10m s15

11、m s20m s25m s30m s-20V0V20V等效成其他所需波形，如等效成其他所需波形，如: :6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理第第6 6章章 PWMPWM控制技術(shù)控制技術(shù) 6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 6.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法 6.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 6.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 本章小結(jié)本章小結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)172022-4-27PWM逆變電路普通逆變電路的缺點：普通逆變電路的缺點：1 1）輸出波形中含有較多的諧波，對負載不利；）輸出波形中含有較多的諧波，對負載不利；2 2）輸

12、入電流諧波含量大，功率因數(shù)低；）輸入電流諧波含量大，功率因數(shù)低；3 3）電壓調(diào)節(jié)困難，響應(yīng)較慢。）電壓調(diào)節(jié)困難，響應(yīng)較慢。tOtOuUNuUVUdUd32 Ud3電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)182022-4-27PWM逆變電路實際的逆變電路基本都采用實際的逆變電路基本都采用PWMPWM控制方式?？刂品绞?。PWMPWM控制方式也正是由于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才控制方式也正是由于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才在電力電子裝置中得到了廣泛應(yīng)用。在電力電子裝置中得到了廣泛應(yīng)用。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)192022-4-276.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法 6.2.1 6.2.1 計算法和

13、調(diào)制法計算法和調(diào)制法 6.2.2 6.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制 6.2.3 6.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)202022-4-276.2.1 6.2.1 計算法和調(diào)制法計算法和調(diào)制法計算法計算法 根據(jù)逆變電路的根據(jù)逆變電路的正弦波輸出頻率正弦波輸出頻率、幅值幅值和半個周期內(nèi)和半個周期內(nèi)的的脈沖數(shù)脈沖數(shù)，將，將PWM波形中各脈沖的波形中各脈沖的寬度寬度和和間隔間隔準(zhǔn)確準(zhǔn)確計算出來，據(jù)此控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，計算出來，據(jù)此控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的就可以得到所需要的PWM波形。波形。特點特點 繁瑣，當(dāng)需要輸出的正弦波的

14、頻率、幅值或相位變化繁瑣，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化。時，結(jié)果都要變化。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)212022-4-27 計算法的實用方法：計算法的實用方法：特定諧波消去法特定諧波消去法規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法6.2.1 6.2.1 計算法計算法電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)222022-4-27特定諧波消去法特定諧波消去法 (Selected Harmonic Elimination PWMSHEPWM)計算法中一種較有代表性的計算法中一種較有代表性的方法。方法。輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各斷各3 3次（不包括次（不包括0 0和和），），共共6

15、 6個開關(guān)時刻可控。個開關(guān)時刻可控。為減少諧波并簡化控制，要為減少諧波并簡化控制，要盡量使波形對稱。盡量使波形對稱。O Ow w t tu uo oU Ud d- -U Ud d2 2p pp pa a1 1a a2 2a a3 36.2.1 6.2.1 計算法計算法電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)232022-4-27為消除偶次諧波，使波形正負兩半周期鏡對稱，即為消除偶次諧波，使波形正負兩半周期鏡對稱，即)()(wwtutu為消除諧波中余弦項，應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后為消除諧波中余弦項，應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后1/4周期周期以以/2為軸線對稱為軸線對稱 )()(tutuww同時滿足上兩個條件的波形稱

16、為四分之一周期對稱波形，同時滿足上兩個條件的波形稱為四分之一周期對稱波形，用傅里葉級數(shù)表示為用傅里葉級數(shù)表示為 式中，式中，an為為, 5 , 3 , 1sin)(nntnatuww20dsin)(4wwwttntuan6.2.1 6.2.1 計算法計算法特定諧波消去法特定諧波消去法 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)242022-4-27能獨立控制能獨立控制 1、 2和和 3共共3個時刻。該波形的個時刻。該波形的an為為 式中式中n=1,3,5,)cos2cos2cos21(2d)sin2(dsin2d)sin2(dsin2432120332211wwwwwwwwnnnnUttnUttnUttnUtt

17、nUadddddn確定確定a1的值，再令兩個不同的值，再令兩個不同的的an=0 (n=1,3,5)，就可建，就可建三個方程，求得三個方程，求得 1、 2和和 3，即可消除兩種特定頻率的諧即可消除兩種特定頻率的諧波。波。O Ow w t tu uo oU Ud d- -U Ud d2 2p pp pa a1 1a a2 2a a3 36.2.1 6.2.1 計算法計算法特定諧波消去法特定諧波消去法 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)252022-4-27消去兩種特定頻率的諧波消去兩種特定頻率的諧波在三相對稱電路的線電壓中，相電壓所含的在三相對稱電路的線電壓中，相電壓所含的3 3次諧次諧波相互抵消。波相互抵

18、消?？煽紤]消去可考慮消去5 5次和次和7 7次諧波，得如下聯(lián)立方程：次諧波，得如下聯(lián)立方程：給定給定a1，解方程可得，解方程可得 1、 2和和 3。a1變，變， 1、 2和和 3也相應(yīng)改變。也相應(yīng)改變。0)7cos27cos27cos21(720)5cos25cos25cos21(52)cos2cos2cos21(2321d7321d5321d1UaUaUa6.2.1 6.2.1 計算法計算法特定諧波消去法特定諧波消去法 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)262022-4-27 如果在輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各如果在輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各k次，考慮次，考慮到到PWM波四分之一周期對稱，波四分

19、之一周期對稱，k個開關(guān)時刻可控，個開關(guān)時刻可控，除用一個自由度控制基波幅值外，可消去除用一個自由度控制基波幅值外，可消去k1個頻個頻率的特定諧波。率的特定諧波。 k的取值越大，開關(guān)時刻的計算越復(fù)雜的取值越大，開關(guān)時刻的計算越復(fù)雜。6.2.1 6.2.1 計算法計算法特定諧波消去法特定諧波消去法 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)272022-4-27ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 在正弦波和三角波的自然在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關(guān)器件交點時刻控制功率開關(guān)器件的通斷，這種生成的通斷，這種生成SPWM波波形的方法稱為形的方法稱為

20、自然采樣法自然采樣法。 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 是一種應(yīng)用較廣的是一種應(yīng)用較廣的工程工程實用方法實用方法，其效果接近自然，其效果接近自然采樣法，但計算量卻比自然采樣法，但計算量卻比自然采樣法小得多。采樣法小得多。 6.2.1 6.2.1 計算法計算法規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)282022-4-27ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 方法說明方法說明取三角波兩個正峰值之間為一個采樣周取三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期期Tc，使每個脈沖的中點都以相應(yīng)的，使每個脈沖的中點都以相應(yīng)的三角波中點（即負峰點）為對稱。三角波中

21、點（即負峰點）為對稱。在三角波的負峰時刻在三角波的負峰時刻tD對正弦信號波采對正弦信號波采樣而得到樣而得到D點，過點，過D點作一水平直線和點作一水平直線和三角波分別交于三角波分別交于A點和點和B點，在點，在A點時點時刻刻tA和和B點時刻點時刻tB控制功率開關(guān)器件的控制功率開關(guān)器件的通斷。通斷。 可以看出，用這種規(guī)則采樣法得到的可以看出，用這種規(guī)則采樣法得到的脈脈沖寬度沖寬度d d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。 6.2.1 6.2.1 計算法計算法規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)292022-4-276.2.1 6.2.1 調(diào)制法調(diào)制法

22、調(diào)制法調(diào)制法 把希望輸出的波形作為把希望輸出的波形作為調(diào)制波調(diào)制波，把接受調(diào)制的信號作為，把接受調(diào)制的信號作為載波載波，通過載波對調(diào)制波的調(diào)制得到所期望的，通過載波對調(diào)制波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。波形。 通常采用通常采用等腰三角波等腰三角波或或鋸齒波鋸齒波作為載波，其中等腰三角作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。波應(yīng)用最多。 urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud各種各種DC-DC, DC-AC, AC-DC均適用均適用適用于適用于DC-DC變換電路變換電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)302022-4-276.2.1 6.2.1 調(diào)制法調(diào)制法調(diào)制法調(diào)制法 把希望輸出的波形把希望輸出的波

23、形（如（如正弦波正弦波）作為作為調(diào)制波調(diào)制波，把接受調(diào)制的，把接受調(diào)制的信號作為信號作為載波載波，通過調(diào)制波對載波的調(diào)制得到所期望的，通過調(diào)制波對載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。波形。 載波通常采用載波通常采用等腰三角波等腰三角波或或鋸齒波鋸齒波。 urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud等腰三角波上任一點的水平寬等腰三角波上任一點的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對度和高度成線性關(guān)系且左右對稱，當(dāng)它與任何一個平緩變化稱，當(dāng)它與任何一個平緩變化的調(diào)制波相交時，如果在交點的調(diào)制波相交時，如果在交點時刻對電路中開關(guān)器件的通斷時刻對電路中開關(guān)器件的通斷進行控制，就可以得到進行控制，就可以得到寬

24、度正寬度正比于調(diào)制波幅值的脈沖比于調(diào)制波幅值的脈沖，正好，正好符合符合PWM控制的要求?？刂频囊?。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)312022-4-276.2.1 6.2.1 調(diào)制法調(diào)制法思考：思考：如何產(chǎn)生三角載波和正弦調(diào)制波？如何產(chǎn)生三角載波和正弦調(diào)制波？ l可用可用模擬電路模擬電路構(gòu)成三角載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，構(gòu)成三角載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用用比較器比較器來確定它們的交點，在交點時刻對功率開來確定它們的交點，在交點時刻對功率開關(guān)器件進行控制，從而得到關(guān)器件進行控制，從而得到SPWMSPWM波形。波形。l當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值和相位發(fā)生變化，調(diào)制當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值和相位發(fā)生變化，

25、調(diào)制時刻隨之改變，控制方便，無需進行大量數(shù)學(xué)運算。時刻隨之改變，控制方便，無需進行大量數(shù)學(xué)運算。l可用可用數(shù)控芯片數(shù)控芯片生成生成SPWMSPWM波形，如單片機、波形，如單片機、DSP(DSP(數(shù)字數(shù)字信號處理器信號處理器) )等。等。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)322022-4-27根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，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)制方式分為調(diào)制方式分為異步調(diào)制異步調(diào)制和和同步調(diào)制同步調(diào)制。載波比載波比載波頻率載波頻率fc與調(diào)制信號頻率與調(diào)制信號頻率fr之比，之比，N= fc / fr。1） 異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。載波信

26、號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。2） 同步調(diào)制同步調(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)變頻時使載波與信號波保持同步，即時使載波與信號波保持同步，即N等于常數(shù)。等于常數(shù)。異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)332022-4-27異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制異步調(diào)制 通常保持載波頻率通常保持載波頻率fc固定不變固定不變，因而當(dāng)信號波頻率，因而當(dāng)信號波頻率fr變變化化時，載波比時，載波比N是變化的是變化的。 在信號波的半個周期內(nèi)，在信號波的半個周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，

27、正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后前后1/4周期的脈沖也不對稱。周期的脈沖也不對稱。 當(dāng)當(dāng)fr較低較低時，時，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對較大，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，稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。波形接近正弦波。 當(dāng)當(dāng)fr增高增高時，時，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脈沖不對稱的影響就變大，輸出脈沖不對稱的影響就變大，輸出PWM波和正弦波的波和正弦波的差異變大。差異變大。 在采用異步調(diào)制方式時，希望采用在采用異步調(diào)制方式時，希望采用較高的載波頻率較高的載波頻率

28、，以使在信號波頻率較高時仍能保持較大的載波比。以使在信號波頻率較高時仍能保持較大的載波比。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)342022-4-272） 同步調(diào)制同步調(diào)制基本同步調(diào)制方式，基本同步調(diào)制方式，fr變變化時化時N不變不變，信號波一周，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。三相電路中公用一個三角三相電路中公用一個三角波載波，且取波載波，且取N為為3的整數(shù)的整數(shù)倍，使三相輸出對稱。倍，使三相輸出對稱。為使一相的為使一相的PWM波正負波正負半周鏡對稱，半周鏡對稱，N應(yīng)取奇數(shù)。應(yīng)取奇數(shù)。fr很低時，很低時，fc也很低，由調(diào)也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。制帶來的諧波不易濾除。fr很高時

29、，很高時，fc會過高，使開會過高，使開關(guān)器件難以承受。關(guān)器件難以承受。異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)352022-4-27異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制圖圖7-11 分段同步調(diào)制方式舉例分段同步調(diào)制方式舉例 分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制 把把fr范圍劃分成若干個頻段，每個頻范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)都保持載波比段內(nèi)都保持載波比N為恒定，不同頻為恒定，不同頻段的載波比不同。段的載波比不同。 在在fr高高的頻段采用的頻段采用較低的載波比較低的載波比，以，以使使fc不致過高，限制在功率開關(guān)器件不致過高，限制在功率開關(guān)器件允許的范圍內(nèi)。允許的范圍內(nèi)。 在在fr低的

30、頻段采用低的頻段采用較高的載波比較高的載波比，以，以使使fc不致過低而對負載產(chǎn)生不利影響。不致過低而對負載產(chǎn)生不利影響。 為了防止為了防止fc在切換點附近的來回跳動，在切換點附近的來回跳動，在各頻率切換點采用了在各頻率切換點采用了滯后切換滯后切換的方的方法。法。 有的裝置在低頻輸出時采用異步調(diào)制有的裝置在低頻輸出時采用異步調(diào)制方式，而在高頻輸出時切換到同步調(diào)方式，而在高頻輸出時切換到同步調(diào)制方式，這樣可以把兩者的優(yōu)點結(jié)合制方式，這樣可以把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，和分段同步方式的效果接近。起來，和分段同步方式的效果接近。 實線表示實線表示輸出頻率輸出頻率增高時的增高時的切換頻率切換頻率虛線表示虛線表

31、示輸出頻率輸出頻率降低時的降低時的切換頻率切換頻率 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)362022-4-276.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路滯環(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*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 滯環(huán)比較方式（滯環(huán)比較方式（跟蹤法跟蹤法） 電流跟蹤控制電流跟蹤控制應(yīng)用最多。應(yīng)用最多。 PWM電流跟蹤控制單相電流跟蹤控制單相半橋式逆變電路半橋式逆變電路 把把指令電流指令電流i*和和實際輸實際輸出電流出電流i的偏差的偏差i*-i作為帶作為帶有滯環(huán)特性的比較器的有滯環(huán)特性的比較器的輸入，通過其輸

32、出來控輸入，通過其輸出來控制功率器件制功率器件V1和和V2的通的通斷。斷。電抗器電抗器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)372022-4-27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*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 電抗器電抗器影響跟蹤性能的參數(shù)：滯環(huán)的環(huán)影響跟蹤性能的參數(shù)：滯環(huán)的環(huán)寬寬I，電抗器，電抗器L的大小。的大小。 當(dāng)環(huán)寬過寬，則開關(guān)頻率低，當(dāng)環(huán)寬過寬，則開關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時，跟蹤跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。損耗增大。L大時，大時，

33、i的變化率小，跟蹤慢；的變化率小，跟蹤慢；L小時，小時，i的變化率大，開關(guān)頻率的變化率大，開關(guān)頻率過高。過高。6.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)382022-4-27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*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 電抗器電抗器可跟蹤任意波形，硬件電路簡單，可跟蹤任意波形，硬件電路簡單，實時控制，電流響應(yīng)快，但和計實時控制，電流響應(yīng)快，但和計算法及調(diào)制法相比，開關(guān)頻率不算法及調(diào)制法相比，開關(guān)頻率不固定，輸出濾波較困難。固定，輸出濾波較困難。 控制特點：

34、控制特點：6.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)392022-4-276.2.2 6.2.2 單相單相SPWMSPWM逆變電路逆變電路圖圖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（逆變電路（調(diào)制法調(diào)制法） 電路工作過程電路工作過程 工作時工作時V1和和V2通斷互補通斷互補，V3和和V4通斷也互補。通斷也互補。 在在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交替通斷。交替通斷。阻感負載阻感負載電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)402022-4-27單相橋式單相橋式PWM逆變電路（逆變電路（調(diào)制法調(diào)制法） 電路工作過程

35、電路工作過程 工作時工作時V1和和V2通斷互補通斷互補，V3和和V4通斷也互補。通斷也互補。 在在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交替通斷。交替通斷。負負載電壓載電壓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負半周，負半周，V2導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1關(guān)斷，關(guān)斷，V3和和V4交替通斷，負交替通斷，負載電壓載電壓uo可以得到可以得到-Ud和和零零兩種電平。兩種電平。 6.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)412022-4-27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（逆變電路（

36、調(diào)制法調(diào)制法） 電路工作過程電路工作過程 工作時工作時V1和和V2通斷互補通斷互補，V3和和V4通斷也互補。通斷也互補。 在在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交替通斷。交替通斷。lV1,V4導(dǎo)通導(dǎo)通lio 0lV1負載負載V4luo = Ud16.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)422022-4-27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（逆變電路（調(diào)制法調(diào)制法） 電路工作過程電路工作過程 工作時工作時V1和和V2通斷互補通斷互補，V3和和V4通斷也互補。通斷也互補。 在在uo正半周，正

37、半周，V1導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2關(guān)斷，關(guān)斷，V3和和V4交替通斷。交替通斷。lV1,V3導(dǎo)通導(dǎo)通lio 0lV1負載負載VD3luo = 026.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)432022-4-27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（逆變電路（調(diào)制法調(diào)制法） 電路工作過程電路工作過程 工作時工作時V1和和V2通斷互補通斷互補，V3和和V4通斷也互補。通斷也互補。 在在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交替通斷。交替通斷。lV1,V4導(dǎo)通導(dǎo)通lio 0lVD4負載負載VD1luo = Ud3

38、6.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)442022-4-27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（逆變電路（調(diào)制法調(diào)制法） 電路工作過程電路工作過程 工作時工作時V1和和V2通斷互補通斷互補，V3和和V4通斷也互補。通斷也互補。 在在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交替通斷。交替通斷。lV1,V3導(dǎo)通導(dǎo)通lio uc時，時，V2和和V3關(guān)關(guān)斷，這時如斷，這時如io0，則，則V1和和V4通，如通，如iouc時，時，V2和和V3關(guān)關(guān)斷，這時如斷，這時如io0，則，則V1和和V4通，如通，如i

39、o0，則，則VD1和和VD4通，通，不管哪種情況都是不管哪種情況都是uo=Ud。26.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)492022-4-27urucuOwtOwtuouofuoUd-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 V1和和V4同時導(dǎo)通和關(guān)斷，同時導(dǎo)通和關(guān)斷， V2和和V3同時導(dǎo)通和關(guān)斷。同時導(dǎo)通和關(guān)斷。 V1、V4和和V2、V3互補?；パa。 當(dāng)當(dāng)uruc時，時，V2和和V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1和和V4關(guān)斷，這時如關(guān)斷，這時如io0，則，則VD2和和VD

40、3通，不管哪種情況通，不管哪種情況都是都是uo=-Ud。 36.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)502022-4-27urucuOwtOwtuouofuoUd-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 4雙極性雙極性PWM控制方式控制方式 V1和和V4同時導(dǎo)通和關(guān)斷，同時導(dǎo)通和關(guān)斷， V2和和V3同時導(dǎo)通和關(guān)斷。同時導(dǎo)通和關(guān)斷。 V1、V4和和V2、V3互補?；パa。 當(dāng)當(dāng)uruc時，時，V2和和V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1和和V4關(guān)斷，這時如關(guān)斷，這時如io0，則，則VD2和和VD3通，不管哪種情況通

41、，不管哪種情況都是都是uo=-Ud。 6.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)512022-4-27urucuOwtOwtuouofuoUd-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 在在ur的半個周期內(nèi)，三的半個周期內(nèi)，三角波載波有正有負，所得的角波載波有正有負，所得的PWM波也是有正有負，在波也是有正有負，在ur的一個周期內(nèi)，輸出的的一個周期內(nèi)，輸出的PWM波只有波只有Ud兩種電平。兩種電平。6.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技

42、術(shù)522022-4-27 單相橋式電路單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，極性調(diào)制，由于對開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它由于對開關(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。們的輸出波形也有較大的差別。半橋電路半橋電路只能采用雙只能采用雙極性調(diào)制。極性調(diào)制。6.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)532022-4-27 防直通的防直通的死區(qū)時間死區(qū)時間同一相上下兩臂的驅(qū)動信號互補，為防止上下臂直同一相上下兩臂的驅(qū)動信號互補，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)斷信號的通而造成短路，留一小段上下臂都

43、施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時間決定。死區(qū)時間的長短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時間決定。死區(qū)時間會給輸出的死區(qū)時間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。離正弦波。6.2.2 單相單相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)542022-4-27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控制通常公控制通常公用一個三角波載

44、波用一個三角波載波uc，三相的調(diào)制信號，三相的調(diào)制信號urU、urV和和urW依次相差依次相差120。6.2.3 三相三相SPWM逆變電路逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)552022-4-27電路工作過程（電路工作過程（U相為例）相為例） V1和和V4的驅(qū)動信號始終是互補的。的驅(qū)動信號始終是互補的。 當(dāng)給當(dāng)給V1(V4)加導(dǎo)通信號時，可能是加導(dǎo)通信號時，可能是V1( V4) 導(dǎo) 通 ， 也 可 能 是 二 極 管導(dǎo) 通 ， 也 可 能 是 二 極 管VD1(VD4)續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負載續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負載中電流的方向來決定。中電流的方向來決定。 uUN、uVN和和uWN的的PWM波形都

45、只波形都只有有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 6.2.3 三相三相SPWM逆變電路逆變電路第第6 6章章 PWMPWM控制技術(shù)控制技術(shù) 6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 6.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法 6.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 6.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 本章小結(jié)本章小結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)572022-4-27 把希望輸出的波形作為指令信號，把實際波形把希望輸出的波形作為指令信號，把實際波形作為反饋信

46、號，通過作為反饋信號，通過兩者的瞬時值比較兩者的瞬時值比較來決定來決定逆變電路各開關(guān)器件的通斷，使實際的輸出跟逆變電路各開關(guān)器件的通斷，使實際的輸出跟蹤指令信號變化。蹤指令信號變化。 常用的有常用的有滯環(huán)比較滯環(huán)比較方式和方式和三角波比較三角波比較方式方式。 閉環(huán)控制，響應(yīng)快，精度高。閉環(huán)控制，響應(yīng)快，精度高。跟蹤法電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)582022-4-276.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 6.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 6.3.2 三角波比較方式三角波比較方式電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)592022-4-27滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滯環(huán)比

47、較方式的指令電流和輸出電流 滯環(huán)比較方式 電流跟蹤控制應(yīng)用最多。 把指令電流i*和實際輸出電流i的偏差i*-i作為帶有滯環(huán)特性的比較器的輸入，通過其輸出來控制功率器件V1和V2的通斷。 電抗器 6.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)602022-4-27滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 電抗器影響跟蹤性能的參數(shù)：滯環(huán)的環(huán)寬I，電抗器L的大小。 當(dāng)環(huán)寬過寬，則開關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。L大時，i的變化率小，跟蹤慢；L小時，i的變化率大，開關(guān)頻率過高。 6.3

48、.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)612022-4-27滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+D Ii*-D Ii*滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 電抗器可跟蹤任意波形，硬件電路簡單，實時控制，電流響應(yīng)快，但和計算法及調(diào)制法相比，開關(guān)頻率不固定，輸出濾波較困難。 控制特點： 6.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)622022-4-276.3.2 三角波比較方式三角波比較方式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和和逆變電路實際輸出的電流逆變電路

49、實際輸出的電流iU、iV、iW進行比較，求出偏差電流，進行比較，求出偏差電流，通過通過放大器放大器A放大后，再去和放大后，再去和三角波進行比較，產(chǎn)生三角波進行比較，產(chǎn)生PWM波波形。形。 放大器放大器A通常具有通常具有比例積分比例積分特性或比例特性特性或比例特性，其系數(shù)直接，其系數(shù)直接影響著逆變電路的電流跟蹤特影響著逆變電路的電流跟蹤特性。性。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)632022-4-276.3.2 三角波比較方式三角波比較方式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 開關(guān)頻率開關(guān)頻率固定固定，等于載波，等于載波頻率，頻率，高頻濾波器高頻濾波器設(shè)計方便。設(shè)計方便。 和滯環(huán)比較控制方式相比，和滯環(huán)比較控制方式相比，這種控制方式輸出電流這種控制方式