第三章 脈寬調制控制技術

1、 第三章第三章 脈寬調制控制技術脈寬調制控制技術 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的交點之間的距離隨參考電壓uR的大小而變，而該交點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uP。 圖圖3-1 “”調制法原理調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 簡單的簡單的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調制原理調制原理3.1.4 雙極性正弦波雙極性正弦波PWM調制原理調制原理3.2 PWM的控制模式及實現(xiàn)的控制模式及實現(xiàn)3.2.1 SPWM逆變器的同步調制和異步調制逆變器的同步調制和異步調制1. 同步調制在同步調制方式中，N=常數，變頻時三角載波的頻率與正弦調制波的頻率同步變化，因而逆變器輸出電壓半波內的矩形脈沖數是固定不變的。 2. 異步調制異步調制中，在逆變器的整個變頻范圍內，載波比N是不等于常數的。 3. 分段同步調制在一定頻率范圍內，采用同步調制，保持輸出波形對稱的優(yōu)點。當頻率降低較多時，使載波比分段有級的

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

4、PWM控制模式有多種，常用的有以下兩種：1. 自然取樣法 :用計算的辦法尋找三角載波u與參考正弦波uR的交點從而確定SPWM脈沖寬度的。2對稱規(guī)則取樣法通過兩個三角波峰之間中線與uR的交點M作水平與兩個三角波分別交于A和B點。由交點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稱關系，顯然，如將該SPWM脈沖電壓序列展成傅氏級數，則僅含奇次諧波分量。負載電壓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，從而解出相應的K值即可。然而，由式（3-3）可看出，未知數K的個數有N個，需要有N個方程聯(lián)立求解。為此可同時令N個諧波次數的電壓為0，通過優(yōu)化值K消除N個諧波分量。 （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 解上述四個超越聯(lián)立方程比較困難，一般需采用數值

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14進行修正，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逆變器的控制技術逆變器的控制技術滯環(huán)電流跟蹤型SPWM逆變器的單相結構示意圖如圖3-13所示。 ir為給定參考電流，是電流跟蹤目標，當實際負載電流反饋值if與ir

7、之差達到滯環(huán)上限值時，即if-ir，使VT2導通，VT1截止，負載電壓為-E，負載電流if下降。當if與ir之差達到滯環(huán)下限值時，即if-ir-，使VT1導通，VT2截止，負載電壓為+E，負載電流if上升。這樣通過VT1，VT2的交替通斷，使if-ir，實現(xiàn)if對ir的自動跟蹤。如ir為正弦電流，則if也近似為一正弦電流。 圖3-14 電壓SPWM波形的產生3.4.2 開關頻率恒定的電流跟蹤型開關頻率恒定的電流跟蹤型PWM控制技術控制技術改變滯寬使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生電路原理如圖示3-17所