第三章 脈寬調(diào)制控制技術(shù)

1、 第三章第三章 脈寬調(diào)制控制技術(shù)脈寬調(diào)制控制技術(shù) 3.1.1 PWM型變頻器的基本控制方式型變頻器的基本控制方式“”波調(diào)制法的電路原理如圖3-1a所示，在電壓比較器A的兩輸入端分別輸入正弦波參考電壓uR和三角波電壓u，在A的輸出端便得到PWM調(diào)制電壓脈沖。PWM脈沖寬度的確定可由圖3-1b看出。uR與u的交點(diǎn)之間的距離隨參考電壓uR的大小而變，而該交點(diǎn)之間的距離決定了電壓比較器輸出電壓脈沖的寬度，因而可得到幅值相等而脈沖寬度不等的PWM電壓信號(hào)uP。 圖圖3-1 “”調(diào)制法原理調(diào)制法原理從三角波電壓與參考電壓的頻率來看，PWM控制方式可分為同步式、異步式和分段同步式。3.1.2 簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的P

2、WM型變頻器工作原理型變頻器工作原理3.1.3 單極性正弦波單極性正弦波PWM調(diào)制原理調(diào)制原理3.1.4 雙極性正弦波雙極性正弦波PWM調(diào)制原理調(diào)制原理3.2 PWM的控制模式及實(shí)現(xiàn)的控制模式及實(shí)現(xiàn)3.2.1 SPWM逆變器的同步調(diào)制和異步調(diào)制逆變器的同步調(diào)制和異步調(diào)制1. 同步調(diào)制在同步調(diào)制方式中，N=常數(shù)，變頻時(shí)三角載波的頻率與正弦調(diào)制波的頻率同步變化，因而逆變器輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的。 2. 異步調(diào)制異步調(diào)制中，在逆變器的整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比N是不等于常數(shù)的。 3. 分段同步調(diào)制在一定頻率范圍內(nèi)，采用同步調(diào)制，保持輸出波形對(duì)稱的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)頻率降低較多時(shí)，使載波比分段有級(jí)的

3、增加，又采納了異步調(diào)制的長(zhǎng)處。這就是分段同步調(diào)制方式。具體的說，把逆變器整個(gè)變頻范圍分成若干頻段，在每個(gè)頻段內(nèi)斗維持載波比N的恒定，對(duì)不同的頻段取不同的N值，頻率低時(shí)N取大一些，一般按等級(jí)比數(shù)安排。3.2.2 SPWM的控制模式及其實(shí)現(xiàn)的控制模式及其實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)SPWM的控制方式有三類，一是采用模擬電路，二是采用數(shù)字電路，三是采用模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的控制方式。采用模擬電路元件實(shí)現(xiàn)SPWM控制的原理,首先由模擬元件構(gòu)成的三角波和正弦波發(fā)生器分別產(chǎn)生三角載波信號(hào)u和正弦波參考信號(hào)uR，然后送入電壓比較器，產(chǎn)生SPWM脈沖序列。采用數(shù)字電路的SPWM逆變器，可采用以軟件為基礎(chǔ)的控制模式。 微機(jī)控制的S

4、PWM控制模式有多種，常用的有以下兩種：1. 自然取樣法 :用計(jì)算的辦法尋找三角載波u與參考正弦波uR的交點(diǎn)從而確定SPWM脈沖寬度的。2對(duì)稱規(guī)則取樣法通過兩個(gè)三角波峰之間中線與uR的交點(diǎn)M作水平與兩個(gè)三角波分別交于A和B點(diǎn)。由交點(diǎn)A和B確定SPWM脈寬為t2， 3.3 具有消除諧波功能的具有消除諧波功能的SPWM控控制模式的優(yōu)化制模式的優(yōu)化所謂PWM控制模式的優(yōu)化就是指可消除諧波分量的PWM控制方式。 1兩電平SPWM逆變器 假定兩電平SPWM逆變器輸出電壓波形具有基波四分之一周期對(duì)稱關(guān)系，顯然，如將該SPWM脈沖電壓序列展成傅氏級(jí)數(shù)，則僅含奇次諧波分量。負(fù)載電壓uL可表示各次諧波電壓之和，

5、即1sinLvvuUv t14121cosNkdvKkUUvv圖圖3-9 兩電平兩電平SPWM逆變器的輸出電壓波形逆變器的輸出電壓波形 理論上講，欲想消除第v次諧波分量，只要令式（3-3）中的Uv=0，從而解出相應(yīng)的K值即可。然而，由式（3-3）可看出，未知數(shù)K的個(gè)數(shù)有N個(gè)，需要有N個(gè)方程聯(lián)立求解。為此可同時(shí)令N個(gè)諧波次數(shù)的電壓為0，通過優(yōu)化值K消除N個(gè)諧波分量。 （1）消除5次和7次諧波求得的值為1=16247，2=22068 51271241 2cos52cos50541 2cos72cos707ddUUUU（2）消除5、7、11和13次諧波 解上述四個(gè)超越聯(lián)立方程比較困難，一般需采用數(shù)值

6、法求解值法求解，首先假定1、2、3、4值，代入上述方程，如不滿足對(duì)14進(jìn)行修正，通過迭代逐漸逼近真值。12341234123412341 2cos52cos52cos52cos501 2cos72cos72cos72cos701 2cos112cos112cos112cos1101 2cos132cos132cos132cos1302三電平SPWM逆變器 其輸出如圖 1141coskNdvkkUUvv3.4 電流跟蹤型電流跟蹤型PWM逆變器的控制技術(shù)逆變器的控制技術(shù)滯環(huán)電流跟蹤型SPWM逆變器的單相結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-13所示。 ir為給定參考電流，是電流跟蹤目標(biāo)，當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流反饋值if與ir

7、之差達(dá)到滯環(huán)上限值時(shí)，即if-ir，使VT2導(dǎo)通，VT1截止，負(fù)載電壓為-E，負(fù)載電流if下降。當(dāng)if與ir之差達(dá)到滯環(huán)下限值時(shí)，即if-ir-，使VT1導(dǎo)通，VT2截止，負(fù)載電壓為+E，負(fù)載電流if上升。這樣通過VT1，VT2的交替通斷，使if-ir，實(shí)現(xiàn)if對(duì)ir的自動(dòng)跟蹤。如ir為正弦電流，則if也近似為一正弦電流。 圖3-14 電壓SPWM波形的產(chǎn)生3.4.2 開關(guān)頻率恒定的電流跟蹤型開關(guān)頻率恒定的電流跟蹤型PWM控制技術(shù)控制技術(shù)改變滯寬使fT恒定，可以采用不同的控制方式。 （1）隨著dir/dt變化調(diào)整滯環(huán)寬度使fT不變。圖3-15使用dir/dt改變滯寬保持fT恒定的原理電路圖 （2）在電流閉環(huán)中增設(shè)頻率閉環(huán)使fT不變。圖圖3-16 使用頻率閉環(huán)使使用頻率閉環(huán)使fT恒定的原理電路圖恒定的原理電路圖3.5 PWM脈沖的生成方法脈沖的生成方法3.5.1 模擬電路控制方式模擬電路控制方式分段同步控制三角載波產(chǎn)生電路原理如圖示3-17所