第7章PWM控制技術

1、電力電子技術電力電子技術 7.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 7.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法 7.3 PWM跟蹤控制技術跟蹤控制技術 7.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 第第7章章 PWM控制技術控制技術電力電子技術電力電子技術2引引 言言PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對脈沖的寬度進控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。第第5章的直流斬波電路實際上采用的

2、就是章的直流斬波電路實際上采用的就是PWM技術，還有第技術，還有第6章中的斬控式交流調壓電路。章中的斬控式交流調壓電路。 PWM控制技術在逆變電路中的應用最為廣泛，對逆變電路的控制技術在逆變電路中的應用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻，現(xiàn)在大量應用的逆變電路中，絕大部分都影響也最為深刻，現(xiàn)在大量應用的逆變電路中，絕大部分都是是PWM型逆變電路型逆變電路。電力電子技術電力電子技術37.1 PWM控制的基本原控制的基本原理理面積等效原理面積等效原理 原理內容：原理內容：沖量相等沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其節(jié)上時，其效果基本相同效果基本相

3、同。 沖量即指窄脈沖的面積。沖量即指窄脈沖的面積。 各輸出波形僅在高頻段略有差異。各輸出波形僅在高頻段略有差異。 實例實例 將圖將圖7-1為為4個輸入，圖個輸入，圖7-2a為為R-L電路電路，圖，圖7-2b為為i(t)的響應的響應波形。波形。 圖圖7-1 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 圖圖7-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應波形沖量相同的各種窄脈沖的響應波形 電力電子技術電力電子技術47.1 PWM控制的基本原控制的基本原理理用用PWM波代替正弦半波波代替正弦半波 將正弦半波看成是由將正弦半波看成是由N個彼此相連的脈個彼此相連的脈沖寬度為沖寬度為 /N，面積大小按

4、，面積大小按正弦規(guī)律變化正弦規(guī)律變化的的脈沖序列。脈沖序列。 用用等幅而不等寬等幅而不等寬矩形脈沖代替，中點矩形脈沖代替，中點重合、面積（沖量）相等，重合、面積（沖量）相等，PWM波形波形。 用同樣的方法得到負半周用同樣的方法得到負半周PWM波形。波形。 SPWM波形波形。 基于等效面積原理，基于等效面積原理，PWM波形還可以等波形還可以等效成其它波形。效成其它波形。 圖圖7-3 用用PWM波代替正弦半波波代替正弦半波 電力電子技術電力電子技術57.2 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 計算法和調制法計算法和調制法 7.2.2 7.2.2 異步調制和同步調

5、制異步調制和同步調制 7.2.3 7.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法電力電子技術電力電子技術67.2.1 7.2.1 計算法和調制法計算法和調制法計算法計算法 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確計算出來，得到所需準確計算出來，得到所需要的要的PWM波形，這種方法稱之為計算法。波形，這種方法稱之為計算法。 計算法是很繁瑣的。計算法是很繁瑣的。 調制法調制法 把希望輸出的波形作為把希望輸出的波形作為調制信號調制信號，把接受調制的信號作為，把接受調制的信號作為載波載波，通過信號波的調制得到所期望的通過信號波的調制得到所期望的PWM波形。波形。 通常采用通常采用等腰三角波等腰

6、三角波或或鋸齒波鋸齒波作為載波，等腰三角波應用最多。作為載波，等腰三角波應用最多。 電力電子技術電力電子技術77.2.1 7.2.1 計算法和調制法計算法和調制法圖圖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（調制法）逆變電路（調制法） 電路工作過程電路工作過程 V1和和V2，V3和和V4通斷互補通斷互補。 在在uo的正半周，的正半周， V1通通。 V1和和V4導通時，導通時，uo=Ud。 V4斷，斷，V1通和通和VD3續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 在在io為負的區(qū)間，為負的區(qū)間，io從從VD1和和VD4流流過，過，uo=Ud。 io為負時為負時,V4斷，斷，V3

7、通后，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。電力電子技術電力電子技術87.2.1 計算法和調制法計算法和調制法圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路 在在uo的負半周，讓的負半周，讓V2通，通，V1斷，斷，V3和和V4交替通斷，交替通斷，uo可得可得-Ud和和零零兩種電平。兩種電平。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖圖7-5 單極性單極性PWM控制方式波形控制方式波形 電力電子技術電力電子技術97.2.1 7.2.1 計算法和調制法計算法和調制法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖圖7-

8、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 調制信號調制信號ur為正弦波，載波為正弦波，載波uc在在ur的正半周為的正半周為正極性正極性的三角波，反之，的三角波，反之，負負極性極性。 在在ur的正半周，的正半周，V1通，通，V2斷。斷。 uruc時時V4通，通，V3斷，斷，uo=Ud。 uruc時時V4斷，斷，V3通，通，uo=0。 在在ur的負半周，的負半周，V1斷，斷，V2通。通。 uruc時時V3斷，斷，V4導通，導通，uo=0。 電力電子技術電力電子技術107.2.1 7.2.1 計算法和調制法

9、計算法和調制法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 三角波載波有正有負，所得三角波載波有正有負，所得PWM波也有正有負，在波也有正有負，在ur周期周期內，內，PWM波有波有Ud兩種電平。兩種電平。 在在ur的正負半周，器件控制的正負半周，器件控制規(guī)律相同，對角開關管同通同規(guī)律相同，對角開關管同通同斷，同一橋的上下橋臂互補。斷，同一橋的上下橋臂互補。電力電子技術電力電子技術117.2.1 計算法和調制法計算法和調制法urucuOwtOwtuouo

10、fuoUd- 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 當當uruc時，時，V1和和V4通，通，V2和和V3斷，若斷，若io0，則，則V1和和V4通，通，若若io0，VD1和和VD4通，通，uo=Ud。 當當uruc時，時，V2和和V3導通，導通，V1和和V4斷，斷，若若io0，VD2和和VD3通，通，uo=-Ud。 電力電子技術電力電子技術127.2.1 7.2.1 計算法和調制法計算法和調制法圖圖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

11、式PWM逆變電路（調制法）逆變電路（調制法） 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波用一個三角波載波uc，三相的調制信號，三相的調制信號urU、urV和和urW依次相差依次相差120。電力電子技術電力電子技術137.2.1 7.2.1 計算法和調制法計算法和調制法工作過程（工作過程（U相為例）驅動信號互補相為例）驅動信號互補 urUuc時，時，V1通通V4斷，斷，UUN=Ud/2。 urUuc時，時，V4通通V1斷斷, UUN=-Ud/2。 電流方向決定電流方向決定V1(V4)導通，還是二導通，還是二極管極管VD1(VD4)

12、續(xù)流導通。續(xù)流導通。 PWM波形只有波形只有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 電力電子技術電力電子技術147.2.1 7.2.1 計算法和調制法計算法和調制法圖圖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 線電壓線電壓Ud和和0三種電平。三種電平。 臂臂1和和6導通時，導通時，uUV=Ud。 臂臂3和和4導通時，導通時，uUV=Ud。 臂臂1和和3或或4和和6導通時，導通時，uUV=0。3WNVNUNUNUNuuuuu

13、(2/3)Ud、(1/3)Ud和和0共共5種電平。種電平。防短路，要留防短路，要留死區(qū)時間死區(qū)時間。電力電子技術電力電子技術157.2.2 7.2.2 異步調制和同步調制異步調制和同步調制載波頻率載波頻率fc與調制信號頻率與調制信號頻率fr之比之比N= fc/fr稱為載波比，根據載波稱為載波比，根據載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調制方式可分為調制方式可分為異步調制異步調制和和同步調制同步調制兩種。兩種。 異步調制異步調制 載波信號和調制信號不保持同步的調制方式稱為異步調制。載波信號和調制信號不保持同步的調制方式稱為異步調制。 通常載波頻率通常

14、載波頻率fc固定不變固定不變，信號波頻率，信號波頻率fr變化變化時，載波比時，載波比N是是變化的變化的。 電力電子技術電力電子技術167.2.2 異步調制和同步調制異步調制和同步調制 在信號波半個周期內，在信號波半個周期內，PWM波的脈沖個數(shù)、相位不固定，正波的脈沖個數(shù)、相位不固定，正負半周期、半周期內前后負半周期、半周期內前后1/4周期的脈沖也不對稱。周期的脈沖也不對稱。 當當fr較低較低時，時，N較大，脈沖不對稱產生的不利影響都較小，較大，脈沖不對稱產生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。波形接近正弦波。 當當fr增高增高時，時，N減小，減小，PWM脈沖不對稱的影響就變大，輸出脈沖不對

15、稱的影響就變大，輸出PWM波和正弦波的差異變大。波和正弦波的差異變大。 在采用異步調制方式時，希望采用較高的載波頻率，保持較大在采用異步調制方式時，希望采用較高的載波頻率，保持較大的載波比。的載波比。 電力電子技術電力電子技術177.2.2 7.2.2 異步調制和同步調制異步調制和同步調制ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud圖圖7-10 同步調制三相同步調制三相PWM波形波形 同步調制同步調制 載波比載波比N等于常數(shù)，載波和信等于常數(shù)，載波和信號波保持同步的方式稱為同步調號波保持同步的方式稱為同步調制。制。 N不變不變，一個周期脈沖數(shù)、脈，一個周期脈沖數(shù)、脈沖

16、相位固定。沖相位固定。 三相電路中，常用一個三角波三相電路中，常用一個三角波載波，取載波，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)。 輸出頻率很低時，諧波難濾，輸出頻率很低時，諧波難濾，輸出頻率很高時，輸出頻率很高時，fc高，器件難以高，器件難以承受。承受。 電力電子技術電力電子技術187.2.2 7.2.2 異步調制和同步調制異步調制和同步調制圖圖7-11 分段同步調制方式舉例分段同步調制方式舉例 分段同步調制分段同步調制 把把fr范圍劃分成若干個頻段，每范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內都保持載波比個頻段內都保持載波比N為恒定，不為恒定，不同頻段的載波比不同。同頻段的載波比不同。 在在fr

17、高高的頻段采用的頻段采用較低載波比較低載波比。 在在fr低的頻段采用低的頻段采用較高載波比較高載波比。 為了防止為了防止fc在切換點附近的來回在切換點附近的來回跳動，采用了跳動，采用了滯后切換滯后切換的方法。的方法。 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 電力電子技術電力電子技術197.2.3 7.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd 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在正弦波和三角波的自然交點自然交點時刻時刻控制功率開關器件的通斷

18、，這種方法控制功率開關器件的通斷，這種方法稱為自然采樣法。稱為自然采樣法。 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 是是工程實用方法工程實用方法，效果接近自然，效果接近自然采樣法，計算量小得多。采樣法，計算量小得多。 方法說明方法說明 取三角波兩個正峰值之間為一取三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期個采樣周期Tc 每個脈沖的中點都以相應的三每個脈沖的中點都以相應的三角波中點（即負峰點）為對稱。角波中點（即負峰點）為對稱。電力電子技術電力電子技術207.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 在三角波的負峰時刻在三角波的負峰時刻t

19、D對正弦對正弦信號波采樣而得到信號波采樣而得到D點，過點，過D點作一水點作一水平直線和三角波分別交于平直線和三角波分別交于A點和點和B點點 在在A點時刻點時刻tA和和B點時刻點時刻tB控制控制功率開關器件的通斷。功率開關器件的通斷。 這種規(guī)則采樣法得到的這種規(guī)則采樣法得到的脈沖寬脈沖寬度度d d和用自然采樣法得到的脈沖寬度非和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。常接近。 電力電子技術電力電子技術217.2.3 7.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖圖7-12 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 d d和和d d的確定的確定 設調制信號設調制信號tau

20、rrwsin 式中，式中，a稱為調制度，稱為調制度，0a1；w wr為為正弦信號波角頻率，從圖可得正弦信號波角頻率，從圖可得2/22/sin1cDTtardw)sin1 (2DtaTrcwd脈沖兩邊的間隙寬度脈沖兩邊的間隙寬度d d為為 )sin1 (421DcctaTTrwdd(7-6)(7-7)電力電子技術電力電子技術227.2.3 7.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法三相橋式逆變電路三相橋式逆變電路 通常三角波載波是公用的，調制波的相位依次相差通常三角波載波是公用的，調制波的相位依次相差120。 設三相的脈沖寬度分別為設三相的脈沖寬度分別為d dU、d dV和和d dW，脈沖兩邊的間隙寬度分

21、別，脈沖兩邊的間隙寬度分別為為d dU、d dV和和d dW，三相電壓之和為，三相電壓之和為0，得，得 23cTWVUddd同樣，由式同樣，由式(7-7)可得可得 43c TWVUddd利用式利用式(7-8)、式、式(7-9)可以簡化生成三相可以簡化生成三相SPWM波形時的計算。波形時的計算。(7-8)(7-9)電力電子技術電力電子技術237.3 PWM跟蹤控制技術跟蹤控制技術 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電力電子技術電力電子技術247.3.1 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 tO

22、iii*+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：電流或電壓波形為指跟蹤控制方法：電流或電壓波形為指令信號，把實際值作為反饋信號。令信號，把實際值作為反饋信號。 通過通過兩者瞬時值比較兩者瞬時值比較來決定器件的來決定器件的通斷，使實際輸出跟蹤指令信號變化。通斷，使實際輸出跟蹤指令信號變化。滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 電流跟蹤控制電流跟蹤控制應用最多。應用最多。 把把指令電流指令電流i*和和實際輸出電流實際輸出電流i的的偏差偏差i*-i作為比較器的輸入，輸出來控作為比較器的輸入，輸出來控制功率器件制功率器件V1和和V2的通

23、斷。的通斷。 電抗器電抗器電力電子技術電力電子技術257.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式控制規(guī)律控制規(guī)律 V1（或（或VD1）通，）通，i增大。增大。 V2（或（或VD2）通，）通，i減小。減小。 控制控制i在在i*+I和和i*-I之內，跟之內，跟蹤指令電流蹤指令電流i*。環(huán)寬過寬時，頻率低，誤差大；環(huán)寬過寬時，頻率低，誤差大；環(huán)寬過窄時，誤差小，頻率環(huán)寬過窄時，誤差小，頻率過高，開關損耗大。過高，開關損耗大。L大時，大時，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，開關頻的變化率大，開關頻率過高。率過高。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

24、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 電力電子技術電力電子技術267.3.1 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 三個半橋，三相電流指令信號三個半橋，三相電流指令信號i*U、i*V和和i*W依次相差依次相差120。 特點特點 硬件電路簡單。硬件電路簡單。 實時控制，電流響應快。實時控制，電流響應快。 不用載波，不含特定諧波

25、。不用載波，不含特定諧波。 和計算法及調制法相比，相同和計算法及調制法相比，相同開關頻率時電流高次諧波含量多。開關頻率時電流高次諧波含量多。 屬于屬于閉環(huán)控制閉環(huán)控制。電力電子技術電力電子技術277.3.1 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 實現(xiàn)電壓跟蹤控制。實現(xiàn)電壓跟蹤控制。 輸出電壓含大量輸出電壓含大量高次諧波高次諧波，應濾除。，應濾除。 u*=0時，輸出電壓時，輸出電壓u為頻率較高的矩形波。為頻率較高的矩形波。 u*為直流信號為直流信號時，產生正寬負窄或正窄負寬的矩形波。時，產生正寬負窄或正窄負寬的矩形波。 u*為交

26、流信號為交流信號時，跟蹤時，跟蹤u* 相同，實現(xiàn)電壓跟蹤控制。相同，實現(xiàn)電壓跟蹤控制。電力電子技術電力電子技術287.3.2 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和實和實際電流際電流iU、iV、iW比較，偏差比較，偏差放大放大、比較，產生比較，產生PWM波形。波形。 放大器放大器A通常具有通常具有比例積分特性比例積分特性或比例特性或比例特性。 特點特點 開關頻率固定，易。開關頻率固定，易。 常用常用三相三角波三相三角波載波。載波。 輸出電流所含的諧波

27、少。輸出電流所含的諧波少。電力電子技術電力電子技術297.3.2 三角波比較方式三角波比較方式定時比較方式定時比較方式 不用滯環(huán)比較器，不用滯環(huán)比較器，固定的時鐘固定的時鐘定時比較定時比較。 定時采樣，控制開關器件的通斷，使被控制量跟蹤指令信號。定時采樣，控制開關器件的通斷，使被控制量跟蹤指令信號。 以單相半橋逆變電路為例，在采樣時刻以單相半橋逆變電路為例，在采樣時刻 如如i i*，V1關斷，關斷，V2導通，使導通，使i減小。減小。 每個控制作用都使電流誤差減小。每個控制作用都使電流誤差減小。 最高開關頻率為時鐘頻率的最高開關頻率為時鐘頻率的1/21/2。 沒有一定的環(huán)寬，控制的精度低一些。沒

28、有一定的環(huán)寬，控制的精度低一些。電力電子技術電力電子技術307.4 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整流電路的工作原理整流電路的工作原理 7.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電路的控制方法電力電子技術電力電子技術317.4 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相控整流電路或二極管整流電路相控整流電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大，功率因數(shù)很低。輸入電流中諧波分量相當大，功率因數(shù)很低。 把逆變電路中的把逆變電路中的SPWM控制技術用于整流電路，形成了控制

29、技術用于整流電路，形成了PWM整流電路整流電路。 通過對通過對PWM整流電路的適當控制，使輸入電流接近正弦整流電路的適當控制，使輸入電流接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為波，且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。 也稱為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器。也稱為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器。 電力電子技術電力電子技術327.4.1 PWM整流電路的工作原理整流電路的工作原理圖圖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 分分電壓型電壓型和和電流型電流型，目前較多研究，目前較多研究電壓型電壓型PWM整流電路。整流電

30、路。單相單相PWM整流電路整流電路 半橋電路，直流側電容必須由半橋電路，直流側電容必須由兩兩個電容個電容串聯(lián)，得中點電壓。串聯(lián)，得中點電壓。 工作原理（以全橋電路為例）工作原理（以全橋電路為例） 對對V1V4進行進行SPWM控制，交控制，交流輸入端流輸入端AB產生一個產生一個SPWM波波uAB。 由于由于Ls的濾波作用，的濾波作用，is脈動很小脈動很小，故故is與電源頻率相同正弦波。與電源頻率相同正弦波。 包括外接電抗器包括外接電抗器的電感和交流電的電感和交流電源內部電感，是源內部電感，是電路正常工作所電路正常工作所必須的。必須的。電力電子技術電力電子技術337.4.1 PWM整流電路的工作原

31、理整流電路的工作原理圖圖7-31 PWM整流電路的運行方式相量圖整流電路的運行方式相量圖 a) 整流運行整流運行 b) 逆變運行逆變運行 c) 無功補償運行無功補償運行 d) 超前角為超前角為 Isus一定，改變一定，改變uABf的幅值和相的幅值和相位，就可得位，就可得is和和us所需相位差。所需相位差。 圖圖a中，滯后相角為中，滯后相角為d d，整流整流狀態(tài)狀態(tài)，且功率因數(shù)為，且功率因數(shù)為1，是基本，是基本工作狀態(tài)。工作狀態(tài)。 圖圖b中，超前相角為中，超前相角為d d，逆變逆變狀態(tài)狀態(tài)。 PWM整流電路可以實現(xiàn)能量整流電路可以實現(xiàn)能量正反兩個方向的流動正反兩個方向的流動 。 電力電子技術電力

32、電子技術347.4.1 PWM整流電路的工作原整流電路的工作原理理圖圖c滯后相角滯后相角d d，超前，超前 90，電路在向交流電源送出無功電路在向交流電源送出無功功率，此時被稱為功率，此時被稱為靜止無功靜止無功功率發(fā)生器（功率發(fā)生器（Static Var GeneratorSVG）。 在圖在圖d的情況下，通過對的情況下，通過對 幅值和相位的控制，可以使幅值和相位的控制，可以使 比比 超前或滯后任一角超前或滯后任一角度度 。 圖圖7-31 PWM整流電路的運行方式相量圖整流電路的運行方式相量圖 a) 整流運行整流運行 b) 逆變運行逆變運行 c) 無功補償運行無功補償運行 d) 超前角為超前角為

33、 IsUABIssU電力電子技術電力電子技術357.4.1 PWM整流電路的工作原理整流電路的工作原理圖圖7-30 b)單相全橋電路單相全橋電路 當當us0時，由時，由V2、VD4、VD1、Ls和和V3、VD1、VD4、Ls分別分別組成了兩個組成了兩個升壓斬波電路升壓斬波電路。 當當V2導通時，導通時，Ls儲能，當儲能，當V2關斷時，關斷時，Ls向向C充電。充電。 當當us0時類似。時類似。電壓型電壓型PWM整流電路是整流電路是升壓型整流電路升壓型整流電路。 整流運行狀態(tài)整流運行狀態(tài) 電力電子技術電力電子技術367.4.1 PWM整流電路的工作原理整流電路的工作原理負載負載圖圖7-32 三相橋

34、式三相橋式PWM整流電路整流電路 三相三相PWM整流電路整流電路 應用廣泛。應用廣泛。 工作原理也和前述的單相全橋電路相似。工作原理也和前述的單相全橋電路相似。 對電路進行對電路進行SPWM控制控制，可以使各相電流，可以使各相電流ia、ib、ic為正弦波為正弦波且和電壓相位相同，功率因數(shù)近似為且和電壓相位相同，功率因數(shù)近似為1。 該電路也可以工作在其它狀態(tài)。該電路也可以工作在其它狀態(tài)。 電力電子技術電力電子技術377.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電路的控制方法圖圖7-33 間接電流控制系統(tǒng)結構間接電流控制系統(tǒng)結構 沒有引入交流電流反饋的稱為沒有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制間接電流

35、控制，引入的稱為，引入的稱為直接直接電流控制電流控制。間接電流控制間接電流控制 也稱為也稱為相位和幅值控制相位和幅值控制，相量關系來控制，使輸入電流和電，相量關系來控制，使輸入電流和電壓同相位，可得功率因數(shù)為壓同相位，可得功率因數(shù)為1。 控制系統(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側控制系統(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側電壓控制環(huán)電壓控制環(huán)。 三相橋三相橋式電路式電路電力電子技術電力電子技術387.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電路的控制方法圖圖7-33 間接電流控制系統(tǒng)結構間接電流控制系統(tǒng)結構 控制原理控制原理 和實際和實際ud比較后送入比較后送入PI調節(jié)器調節(jié)器，輸出為，輸出為id，id和整流器和整流器交流輸入

36、電流幅值成正比。交流輸入電流幅值成正比。 穩(wěn)態(tài)時，穩(wěn)態(tài)時，ud= ，PI調節(jié)器輸入為零，調節(jié)器輸入為零，PI調節(jié)器的輸出調節(jié)器的輸出id和負載電流大小對應。和負載電流大小對應。 負載電流增大或負載電流增大或減小減小時，通過時，通過PI調節(jié)，達到新的平衡。調節(jié)，達到新的平衡。*du*du電力電子技術電力電子技術397.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電路的控制方法圖圖7-33 間接電流控制系統(tǒng)結構間接電流控制系統(tǒng)結構 從整流運行變?yōu)槟孀冞\行時從整流運行變?yōu)槟孀冞\行時 負載電流反向，負載電流反向，ud增大，負偏差，增大，負偏差，PI輸出輸出id負值，輸入電流和負值，輸入電流和電壓相位反相，逆變

37、運行。電壓相位反相，逆變運行。 達到穩(wěn)態(tài)時，達到穩(wěn)態(tài)時，ud和和 相等，相等，PI調節(jié)器輸入恢復到零，其輸出調節(jié)器輸入恢復到零，其輸出id為負值，并與逆變電流的大小相對應。為負值，并與逆變電流的大小相對應。 *du電力電子技術電力電子技術407.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電路的控制方法圖圖7-33 間接電流控制系統(tǒng)結構間接電流控制系統(tǒng)結構 控制系統(tǒng)中其余部分的工作原理控制系統(tǒng)中其余部分的工作原理 圖中圖中上面的乘法器上面的乘法器是是id分別乘以三相正弦信號，再乘以電阻分別乘以三相正弦信號，再乘以電阻R，得到各相電流在，得到各相電流在Rs上的壓降上的壓降uRa、uRb和和uRc。 圖中

38、圖中下面的乘法器下面的乘法器是是id分別乘以三相余弦信號，再乘以電感分別乘以三相余弦信號，再乘以電感L的感抗，得到各相電流在電感的感抗，得到各相電流在電感Ls上的壓降上的壓降uLa、uLb和和uLc。電力電子技術電力電子技術417.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電路的控制方法 通過運算，可得到通過運算，可得到uA、uB和和uC的信號，對的信號，對三角波載波三角波載波進行調進行調制，得到制，得到PWM開關信號去控制整流橋。開關信號去控制整流橋。存在的問題存在的問題 Ls和和Rs的運算值和實際值有誤差時，會影響到控制效果。的運算值和實際值有誤差時，會影響到控制效果。 是基于系統(tǒng)的靜態(tài)模型設計的，其是基于系統(tǒng)的靜態(tài)模型設計的，其動態(tài)特性動態(tài)特性較差。較差。圖圖7-33 間接電流控制系統(tǒng)結構間接電流控制系統(tǒng)結構 電力電子技術電力電子技術427.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電路的控制方法圖圖7-34 直接電流控制系統(tǒng)結構圖直接電流控制系統(tǒng)結構圖 直接電流控制直接電流控制 電流指令值，引入電流反饋，電流指令值，引入電流反饋，通過對電流的直接控制跟蹤指令通過對電流的直接控制跟蹤指令電流值。電流值。 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其外環(huán)是外環(huán)是直流電壓控制環(huán)直流電壓控制環(huán)，內環(huán)是交流電內環(huán)是交流電流