機(jī)車電力電子技術(shù) 課件 4.3 脈寬調(diào)制控制電路

復(fù)習(xí)提問1.電壓型單相橋式逆變電路、波形2.電壓型三相橋式逆變電路、波形輸出波形為方波交流電，頻率為開關(guān)切換頻率。負(fù)載相電壓為180°正負(fù)對稱的階梯波，又稱為六拍階梯波；接近正弦波。相位差120°。為三相對稱交流電。負(fù)載線電壓為120°正負(fù)對稱的矩形波；相位差120°。為三相對稱交流電。復(fù)習(xí)提問3.電壓型三相橋式逆變器輸出電壓波形頻率和相序控制。改變逆變橋開關(guān)管的觸發(fā)頻率或者觸發(fā)順序，則能改變輸出電壓的頻率及相序，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速與正反轉(zhuǎn)。問題提出：1.如何控制逆變器使其輸出的相電壓為正弦波？2.如何控制逆變器能調(diào)節(jié)輸出電壓的大??？

電壓型三相橋式逆變器輸出相電壓三相對稱，波形為六拍階梯波，而交流牽引電機(jī)需要的是三相對稱正弦交流電，且為變壓變頻的調(diào)速的電機(jī)。一、脈寬調(diào)制技術(shù)概念、原理二、SPWM控制脈沖的生成方法1.模擬電路生成2專用集成芯片生成4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路

正弦波（調(diào)制波）

三角波（載波）比較器一、脈寬調(diào)制技術(shù)概念、原理1.脈寬調(diào)制技術(shù)：

指利用全控電力電子器件的接通和關(guān)斷把直流電壓變換成一定形狀的交流電壓脈沖序列（等效為正弦波），實(shí)現(xiàn)變壓、變頻（VVVF）控制并消除諧波的技術(shù)，簡稱PWM技術(shù)。思考：電壓脈沖序列為什么能夠等效為正弦交流電？電壓脈沖序列4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路2.基本原理（面積等效性原理）形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖沖量（脈沖面積）相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)（作用效果）基本相同。一、脈寬調(diào)制技術(shù)概念、原理4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路3.正弦波脈寬調(diào)制原理：4.PWM波形：等幅不等寬的有序矩形脈沖序列。等寬不等幅等幅不等寬

5.SPWM波形：脈沖寬度按正弦波規(guī)律變化的PWM波形。一、脈寬調(diào)制技術(shù)概念、原理正弦波電壓電壓脈沖序列

把逆變器輸出電壓幅值控制轉(zhuǎn)換為脈沖寬度控制。4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路（1）單極性：在正弦波任何半個(gè)周期內(nèi)，波形始終為一個(gè)極性的SPWM波形。（2）雙極性：在正弦波任何半個(gè)周期內(nèi)，波形始終有正負(fù)兩種極性的SPWM波形。6.SPWM波形分類一、脈寬調(diào)制技術(shù)概念、原理特點(diǎn)：三個(gè)電平特點(diǎn)：兩個(gè)電平4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路二、SPWM波形生成單相橋式PWM逆變電路SPWM波方法：計(jì)算法、調(diào)制法開關(guān)控制規(guī)律4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路調(diào)制法：以所期望的波形（正弦波）作為調(diào)制波（ur），以接受這個(gè)調(diào)制波的信號(hào)作為載波（uc），利用二者的交點(diǎn)確定確定SPWM各段波形的寬度與間隔，就得到與正弦波等效面積的PWM波形。二、SPWM波形生成4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路調(diào)制波載波

調(diào)制波與載波的交點(diǎn)時(shí)刻，作為功率器件的開通、關(guān)斷控制時(shí)刻。1.單極性SPWM波的生成（調(diào)制法）

討論：PWM控制技術(shù)中逆變器輸出電壓和輸出頻率如何調(diào)節(jié)？單極性單極性SPWM波ur

>

uc

,控制開關(guān)管，輸出﹢Ud正半周交點(diǎn)間：ur

<uc，控制開關(guān)管，輸出0電平二、SPWM波形生成4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路

調(diào)壓調(diào)頻控制方法（控制調(diào)制波）：

調(diào)制波的幅值可以使輸出脈沖寬度作相應(yīng)的變化，這能改變逆變器輸出電壓的基波幅值，從而實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的平滑調(diào)節(jié)；改變調(diào)制信號(hào)的頻率則可以改變輸出電壓的頻率，因此SPWM逆變器非常適用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。二、SPWM波形生成4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路2.雙極性SPWM波的生成（調(diào)制法）雙極性ur

>uc，控制開關(guān)管，輸出﹢Ud

uc

>

ur，控制開關(guān)管，輸出﹣Ud雙極性SPWM波正負(fù)半周控制規(guī)律相同。二、SPWM波形生成4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路3.雙極性三相SPWM波形生成（調(diào)制法）雙極性三相SPWM波二、SPWM波形生成一般是共用一個(gè)三角波為載波，三相相位差為120°的正弦波為調(diào)制波，分別為uru、urv、urw，前三個(gè)為相電壓的波形，最后一個(gè)為線電壓波形。4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路4.異步調(diào)制和同步調(diào)制（1）載波比在SPWM控制中，載波頻率fc與調(diào)制波的頻率fr之比定義為N，載波比越高，輸出波形越接近正弦波；但過高易引起開關(guān)管失控。（2）同步調(diào)制和異步調(diào)制①同步調(diào)制：載波比N為恒值，使fr與fc保持同步變化。（適用于調(diào)制波高頻控制）②異步調(diào)制：載波比N不為恒值。保持fc固定不變。（適用于調(diào)制波低頻控制）二、SPWM波形生成4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路③分段同步調(diào)制。是把調(diào)制波的頻率劃分若干個(gè)頻率段，每個(gè)頻率段內(nèi)都保持載波比N恒定，不同頻率段的載波比不同。在高頻段差采用較低的載波比，以使載波頻率不致過低，否則對負(fù)載工作產(chǎn)生不利影響。各頻率段的載波比應(yīng)取3的整數(shù)倍且為奇數(shù)。分段同步調(diào)制時(shí)，在不同的頻率段內(nèi)，載波頻率的變化范圍應(yīng)保持一致，大約在1.4~2kHz之間。4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路urUurVurWuc三相橋式SPWM逆變電路思考：開關(guān)管的控制信號(hào)由什么樣的電路輸出？4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路三、SPWM控制電路1.模擬電路生成；2.專用集成芯片生成；3也可以用微處理器，通過軟件生成SPWM波形。1.模擬電路產(chǎn)生4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路SLE4520管腳排列及功能SLE4520是一個(gè)可編程器件，能把三個(gè)8位數(shù)字量同時(shí)轉(zhuǎn)換為三路相應(yīng)脈寬的矩形信號(hào)，與單片機(jī)及相應(yīng)軟件結(jié)合，能以很簡單的方式產(chǎn)生三相逆變器所需的六路控制信號(hào)。INHIBIT封鎖脈沖端,高電平有效2.專用集成芯片產(chǎn)生三、SPWM控制電路4-3認(rèn)知脈寬調(diào)制控制電路小結(jié)1.脈