電力電子技術(shù)第五章

1、電力電子技術(shù)第五章第1頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.1 概述1964年德國人A.Schonung和H.stemmler首先提出把這項通訊技術(shù)應用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣應用開辟了新的局面。通過改變脈沖的不同寬度可以控制逆變器輸出交流基波電壓的幅值，通過改變調(diào)制周期可以控制其輸出頻率，從而同時實現(xiàn)變壓和變頻。第2頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.1 概述沖量（面積）等效原理大小、波形不相同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時，只要它們的沖量即變量對時間的積分相等，其作用效果基本相同?？赏茝V到阻感電路中。第3頁，共34頁，2022年，5

2、月20日，17點56分，星期四f (t)d (t)tOa)b)c)d)tOf(t)tOf(t)tOf (t)形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖5.1 概述圖a、b、c分別為方波、三角波、正弦半波窄脈沖，圖d單位沖擊函數(shù)（t） ，面積都等于1。分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時，其輸出響應基本相同。第4頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.1 概述將正弦波分成N個彼此相連的脈沖序列所組成的波形，用相同數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積相等，可得脈沖序列，即SPWM波形。第5頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.1 計算法和

3、調(diào)制法 計算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。 調(diào)制法把希望輸出的波形（正弦波）按比例縮小作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。第6頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.1 計算法和調(diào)制法調(diào)制波把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，在SPWM中采用正弦波作為調(diào)制波。載波把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形載波：三角波或鋸齒波原因：等腰三角波上任一點的水平寬度和高度成線性關(guān)系，且左右對稱。第7頁，共34頁，2022年

4、，5月20日，17點56分，星期四5.2.1 計算法和調(diào)制法單極性PWM控制方式調(diào)制信號ur為正弦波載波uc為三角波在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷第8頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.1 計算法和調(diào)制法Ur正半周當uruc時，uo=Ud當 uruc時，uo=0當 uruc時，驅(qū)動V1、V4如io0，則V1和V4通如io0，VD1和VD4通 不管哪種情況uo=Ud當uruc時，驅(qū)動V2、V3如io0，VD2和VD3通 不管哪種情況uo=-Ud第13頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四三相橋逆變電路5.2.1 計算法和調(diào)制法雙極性PW

5、M控制方式三相的PWM控制公用三角波載波uc，三相的調(diào)制信號依次相差120。當urAuc時，V4關(guān)斷，V1或VD1導通，則uAN=Ud/2當urAuc時， V1關(guān)斷，V4或VD4導通，則uUN=-Ud/2第14頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.1 計算法和調(diào)制法雙極性PWM控制方式uAN、uBN和uCN的PWM波形只有Ud/2兩種電平線電壓波形uAB的波形可由uAN-uBN得出逆變器輸出線電壓PWM波由Ud和0三種電平構(gòu)成 第15頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四負載相電壓uAN可由下式求得負載相電壓PWM波由(2/3)Ud、(1/3)U

6、d和0共5種電平組成5.2.1 計算法和調(diào)制法第16頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.1 計算法和調(diào)制法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，在上下兩臂切換時留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時間決定。死區(qū)時間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。第17頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.2 SPWM的基波電壓SPWM脈沖電壓：脈沖寬度按照正弦規(guī)律變化的脈沖電壓序列。其基波電壓幅值與各段脈寬有著直接關(guān)系，改變各個脈沖的寬度，就可以平滑地調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓基波幅

7、值。脈沖數(shù)n足夠大時， SPWM逆變器輸出脈沖序列的基波電壓正是調(diào)制時所要求的等效正弦波。第18頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.3 脈寬調(diào)制的制約條件1. 開關(guān)頻率限制開關(guān)頻率越高，SPWM波形的脈沖數(shù)越多，其基波越接近期望的正弦波。 電力電子器件的開關(guān)能力是有限的，因此在應用脈寬調(diào)制技術(shù)時必然要受到一定條件的制約 載波比：載波頻率fc與調(diào)制信號頻率fr之比，N= fc / fr第19頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.3 脈寬調(diào)制的制約條件2. 最小間歇時間與幅值調(diào)制比最小脈沖寬度大于開關(guān)器件的導通時間ton，而最小脈沖間歇大于

8、器件的關(guān)斷時間toff 幅值調(diào)制比M= Urm / UcmM= 01第20頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.4 異步調(diào)制和同步調(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，通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比N是變化的缺點：在信號波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。當信號頻率增高時，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，使得輸出PWM波和正弦波差異變大。第21頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.4 異步調(diào)制和同步調(diào)制同步調(diào)制在變頻（fr變化）時，載波比N

9、不變，載波與信號波保持同步。信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)是固定，脈沖相位也是固定的。三相電路中公用一個三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出波形嚴格對稱。為使一相的PWM波正負半周鏡對稱， N應取奇數(shù)。第22頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.4 異步調(diào)制和同步調(diào)制同步調(diào)制缺點：當逆變電路輸出頻率很低時，fc也很低， fc過低時由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。當逆變電路輸出頻率很高時，同步調(diào)制時的載波頻率fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。第23頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.4 異步調(diào)制和同步調(diào)制分段同步調(diào)制把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成

10、若干個頻段，每個頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段的N不同。在fr高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高，限制功率開關(guān)器件允許的范圍。在fr低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低而對負載產(chǎn)生不利影響。第24頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.5 SPWM控制的實現(xiàn)方法模擬實現(xiàn)方法數(shù)字實現(xiàn)方法等效面積算法自然采樣法規(guī)則采樣法SPWM專用集成電路芯片第25頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.5 SPWM控制的實現(xiàn)方法模擬實現(xiàn)方法： 采用模擬電路實現(xiàn)第26頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2.5 SPWM控制的實現(xiàn)方

11、法自然采樣法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關(guān)的通斷，這種生成SPWM波形的方法規(guī)則采樣法工程實用方法，效果接近自然采樣法，計算量比自然采樣法小得多第27頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d規(guī)則采樣法 5.2.5 SPWM控制的實現(xiàn)方法取三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期Tc使脈沖中點 和三角波一周期的中點（即負峰點）重合，每個脈沖的中點都以相應的三角波中點為對稱，使計算大為簡化。第28頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四ucuOturTcADBOtuo

12、tAtDtBdd d 2d2d規(guī)則采樣法 5.2.5 SPWM控制的實現(xiàn)方法在三角波的負峰時刻tD對正弦信號波采樣得D點，過D點作一水平直線和三角波分別交于A、B點，在A點時刻tA和B點時刻tB控制功率開關(guān)器件的通斷規(guī)則采樣法得到的脈沖寬度和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近 第29頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四設(shè)正弦調(diào)制信號波為式中， a稱為調(diào)制度，0a1； wr為信號波角頻率，因此可得三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度為5.2.5 SPWM控制的實現(xiàn)方法第30頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四三相橋逆變電路應形成三相SPWM波形，三相的三角

13、波載 波共用，三相正弦調(diào)制波相位依次差120設(shè)同一三角波周期內(nèi)三相的脈寬分別為U、 V和W，脈沖兩邊的間隙寬度分別為U、 V和W，同一時刻三相調(diào)制波電壓之和為零，得 5.2.5 SPWM控制的實現(xiàn)方法第31頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四1）單相雙極性諧波角頻率為:n=1,3,5,時，k=0,2,4, ；n=2,4,6,時，k=1,3,5, SPWM波中不含低次諧波，只含wc及其附近的諧波以及2wc、3wc等及其附近的諧波。角頻率1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-諧波振幅0.20.40.60.81.01.21.4kna=1.0a=0.8a=0.5a=05.2 逆變電路的SPWM控制方法第32頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四5.2 逆變電路的SPWM控制方法2）三相雙極性（公用載波信號時的情況）輸出線電壓中的諧波角頻率為n=1,3,5,時，k=3(2m1)1 ，m=1,2,；1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-0.20.40.60.81.01.2kna=1.0a=0.8a=0.5a=0角頻率諧波振幅n=2,4,6,時，第33頁，共34頁，2022年，5月20日，17點56分，星期四諧波分析小結(jié)三相和單相比較，共同點是都不含低次諧波，一個