電力電子技術(shù)基礎(chǔ)20-PWM

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)第四部分 電力電子控制策略6 6第8章 PWM技術(shù) PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。電力電子技術(shù)基礎(chǔ)PWM綜述綜述第四部分 電力電子控制策略c) 電流斷續(xù)時(shí)的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時(shí)的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I2

2、0t1t2uoEMa) 電路圖電力電子技術(shù)基礎(chǔ)PWM綜述綜述第四部分 電力電子控制策略 PWM控制的思想源于通信技術(shù)，全控型器件的發(fā)展使得實(shí)現(xiàn)PWM控制變得十分容易。 PWM技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能大大提高，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十分重要的地位。 PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路逆變電路中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。現(xiàn)在使用的各種逆變電路都采用了PWM技術(shù)，因此，本章和第7章（逆變電路）相結(jié)合，才能使我們對(duì)逆變電路有完整地認(rèn)識(shí)。 目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)。 逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合。 PWM逆變電路也可分

3、為電壓型電壓型和電流電流型型兩種，目前實(shí)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。8.1 PWM的基本工作原理電力電子技術(shù)基礎(chǔ)PWM理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)第四部分 電力電子控制策略 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同沖量沖量指窄脈沖的面積效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異f (t)(t)tO圖6-1a)b)c)d)tOtOtOf (t)f (t)f (t)形狀不同而沖量相形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖同的各種窄脈沖b)具體的實(shí)例說明“面積等效原理面積等效原理”a）u (t)電壓窄脈沖，是電路的輸入 。 i (t)輸

4、出電流，是電路的響應(yīng)。 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)PWM理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)第四部分 電力電子控制策略電力電子技術(shù)基礎(chǔ)PWM理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)第四部分 電力電子控制策略O(shè)utSPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波OutOu tOutSPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波Out電力電子技術(shù)基礎(chǔ)PWM理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)第四部分 電力電子控制策略O(shè)wtUd-Ud 對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為：OwtUd-Ud 根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實(shí)

5、際應(yīng)用中更為廣泛。PWM理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)PWM波形的產(chǎn)生方法波形的產(chǎn)生方法 計(jì)算法計(jì)算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)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波形繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化 調(diào)制法調(diào)制法通常采用等腰三角波或鋸齒波uc作為載波將載波uc與另一給定信號(hào)ur(調(diào)制波)作比較，由交點(diǎn)產(chǎn)生PWM波。等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱電力電子技術(shù)基礎(chǔ)PWM波的調(diào)制產(chǎn)生辦法波的調(diào)制產(chǎn)生辦法第四部分 電力電子控制策略 調(diào)制信號(hào)波可為正弦波電壓也可為直流電壓。 工作時(shí)V1和

6、V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)。 以u(píng)o正半周為例，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷。 V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud 。調(diào)制法單相橋式PWM逆變電路結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說明PWM波的調(diào)制產(chǎn)生辦法波的調(diào)制產(chǎn)生辦法單相橋式PWM逆變電路 V4關(guān)斷、V3開通后，uo=0。 uo總可得到Ud和零兩種電平。 uo負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)?，V3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平。PWM波的調(diào)制產(chǎn)生辦法波的調(diào)制產(chǎn)生辦法單極性PWM控制方式（單相橋逆變）（單相橋逆變）uur正半周正半周，V1保持通通，V2保持?jǐn)鄶唷?當(dāng)uruc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud 。

7、 當(dāng)uruc時(shí)時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信號(hào)。uo=Ud 。 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，給V1導(dǎo)通信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，uUN=Ud/2。 當(dāng)urUuc時(shí)，給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)，uUN=-Ud/2。 uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2兩種電平。 uUV波形可由uUN-uVN得出v 載波比載波比載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，N= fc / frv 根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制同步調(diào)制1. 異步調(diào)制異步調(diào)制 異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式 通常保持fc固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比N是變化的 在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱 當(dāng)fr較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多 當(dāng)fr增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少PWM波的調(diào)制方式波的調(diào)制方式異步調(diào)制異步調(diào)制2. 同步調(diào)制同步調(diào)制 同步調(diào)制同步調(diào)制N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步 基本同步調(diào)制方式，fr變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定 fr很低時(shí)，fc也很低，相鄰兩個(gè)脈沖的間距增大，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載將產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和噪音 fr很高時(shí)，fc會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受PWM波的調(diào)制方式波的調(diào)制方式同步調(diào)制同步