脈寬調(diào)制控制技術(shù)課件

第三章脈寬調(diào)制控制技術(shù)

第三章脈寬調(diào)制控制技術(shù)

13.1.1PWM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。

3.1.1PWM型變頻器的基本控制方式“△”波調(diào)制法的電2圖3-1“△”調(diào)制法原理圖3-1“△”調(diào)制法原理3從三角波電壓與參考電壓的頻率來(lái)看，PWM控制方式可分為同步式、異步式和分段同步式。從三角波電壓與參考電壓的頻率來(lái)看，PWM控制方式可分為同步式43.1.2簡(jiǎn)單的PWM型變頻器工作原理3.1.2簡(jiǎn)單的PWM型變頻器工作原理53.1.3單極性正弦波PWM調(diào)制原理3.1.3單極性正弦波PWM調(diào)制原理63.1.4雙極性正弦波PWM調(diào)制原理3.1.4雙極性正弦波PWM調(diào)制原理73.2PWM的控制模式及實(shí)現(xiàn)3.2.1SPWM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。

3.2PWM的控制模式及實(shí)現(xiàn)3.2.1SPWM逆變器83.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(shuō)，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.分段同步調(diào)制93.2.2SPWM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)uΔ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。

3.2.2SPWM的控制模式及其實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)SPWM的控制方10微機(jī)控制的SPWM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uΔ與參考正弦波uR的交點(diǎn)從而確定SPWM脈沖寬度的。微機(jī)控制的SPWM控制模式有多種，常用的有以下兩種：112．對(duì)稱規(guī)則取樣法通過(guò)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，

2．對(duì)稱規(guī)則取樣法123.3具有消除諧波功能的SPWM控制模式的優(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3.3具有消除諧波功能的SPWM控制模式的優(yōu)化所謂PWM13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，即假定兩電平SPWM逆變器輸出電壓波形具有基波四分之一周期對(duì)稱14圖3-9兩電平SPWM逆變器的輸出電壓波形

圖3-9兩電平SPWM逆變器的輸出電壓波形15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αK值即可。然而，由式（3-3）可看出，未知數(shù)αK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(guò)優(yōu)化值αK消除N個(gè)諧波分量。理論上講，欲想消除第v次諧波分量，只要令式（3-3）中的Uv16（1）消除5次和7次諧波求得的值為α1=16．247°，α2=22．068°

（1）消除5次和7次諧波17（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)值法求解值法求解，首先假定α1、α2、α3、α4值，代入上述方程，如不滿足對(duì)α1～α4進(jìn)行修正，通過(guò)迭代逐漸逼近真值。（2）消除5、7、11和13次諧波182．三電平SPWM逆變器其輸出如圖2．三電平SPWM逆變器193.4電流跟蹤型PWM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。

3.4電流跟蹤型PWM逆變器的控制技術(shù)滯環(huán)電流跟蹤型SP20ir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之差達(dá)到滯環(huán)上限值Δ時(shí)，即if-ir≥Δ，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Δ時(shí)，即if-ir≤-Δ，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(guò)VT1，VT2的交替通斷，使︱if-ir︱≤Δ，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。

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if21圖3-14電壓SPWM波形的產(chǎn)生圖3-14電壓SPWM波形的產(chǎn)生223.4.2開(kāi)關(guān)頻率恒定的電流跟蹤型PWM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Δ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3.4.2開(kāi)關(guān)頻率恒定的電流跟蹤型PWM控制技術(shù)改變滯寬23（2）在電流閉環(huán)中增設(shè)頻率閉環(huán)使fT不變。圖3-16使用頻率閉環(huán)使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3-16使用頻243.5PWM脈沖的生成方法3.5.1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所示

圖3-17

分段同步控制三角載波的產(chǎn)生

3.5PWM脈沖的生成方法3.5.1模擬電路控制方式253.5.2數(shù)字電路控制方式采用數(shù)字控制方式時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的求解，各閉環(huán)控制調(diào)節(jié)器以及PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生等功能全部由單片機(jī)或微處理器完成。

3.5.2數(shù)字電路控制方式采用數(shù)字控制方式時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)數(shù)26Theend.Theend.27第三章脈寬調(diào)制控制技術(shù)

第三章脈寬調(diào)制控制技術(shù)

283.1.1PWM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。

3.1.1PWM型變頻器的基本控制方式“△”波調(diào)制法的電29圖3-1“△”調(diào)制法原理圖3-1“△”調(diào)制法原理30從三角波電壓與參考電壓的頻率來(lái)看，PWM控制方式可分為同步式、異步式和分段同步式。從三角波電壓與參考電壓的頻率來(lái)看，PWM控制方式可分為同步式313.1.2簡(jiǎn)單的PWM型變頻器工作原理3.1.2簡(jiǎn)單的PWM型變頻器工作原理323.1.3單極性正弦波PWM調(diào)制原理3.1.3單極性正弦波PWM調(diào)制原理333.1.4雙極性正弦波PWM調(diào)制原理3.1.4雙極性正弦波PWM調(diào)制原理343.2PWM的控制模式及實(shí)現(xiàn)3.2.1SPWM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。

3.2PWM的控制模式及實(shí)現(xiàn)3.2.1SPWM逆變器353.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(shuō)，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.分段同步調(diào)制363.2.2SPWM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)uΔ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。

3.2.2SPWM的控制模式及其實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)SPWM的控制方37微機(jī)控制的SPWM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uΔ與參考正弦波uR的交點(diǎn)從而確定SPWM脈沖寬度的。微機(jī)控制的SPWM控制模式有多種，常用的有以下兩種：382．對(duì)稱規(guī)則取樣法通過(guò)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，

2．對(duì)稱規(guī)則取樣法393.3具有消除諧波功能的SPWM控制模式的優(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3.3具有消除諧波功能的SPWM控制模式的優(yōu)化所謂PWM40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，即假定兩電平SPWM逆變器輸出電壓波形具有基波四分之一周期對(duì)稱41圖3-9兩電平SPWM逆變器的輸出電壓波形

圖3-9兩電平SPWM逆變器的輸出電壓波形42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αK值即可。然而，由式（3-3）可看出，未知數(shù)αK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(guò)優(yōu)化值αK消除N個(gè)諧波分量。理論上講，欲想消除第v次諧波分量，只要令式（3-3）中的Uv43（1）消除5次和7次諧波求得的值為α1=16．247°，α2=22．068°

（1）消除5次和7次諧波44（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)值法求解值法求解，首先假定α1、α2、α3、α4值，代入上述方程，如不滿足對(duì)α1～α4進(jìn)行修正，通過(guò)迭代逐漸逼近真值。（2）消除5、7、11和13次諧波452．三電平SPWM逆變器其輸出如圖2．三電平SPWM逆變器463.4電流跟蹤型PWM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。

3.4電流跟蹤型PWM逆變器的控制技術(shù)滯環(huán)電流跟蹤型SP47ir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之差達(dá)到滯環(huán)上限值Δ時(shí)，即if-ir≥Δ，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Δ時(shí)，即if-ir≤-Δ，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(guò)VT1，VT2的交替通斷，使︱if-ir︱≤Δ，實(shí)現(xiàn)if對(duì)ir的自動(dòng)跟蹤。如ir為