第三章脈寬調制控制技術

第三章脈寬調制控制技術第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.1.1PWM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。

第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三圖3-1“△”調制法原理第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三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。第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.1.2簡單的PWM型變頻器工作原理第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.1.3單極性正弦波PWM調制原理第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.1.4雙極性正弦波PWM調制原理第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.2PWM的控制模式及實現(xiàn)3.2.1SPWM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(shù)，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(shù)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(shù)的。

第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.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(shù)安排。第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.2.2SPWM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(shù)字電路，三是采用模擬與數(shù)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(chǎn)生三角載波信號uΔ和正弦波參考信號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的控制模式。

第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三微機控制的SPWM控制模式有多種，常用的有以下兩種：1.自然取樣法:用計算的辦法尋找三角載波uΔ與參考正弦波uR的交點從而確定SPWM脈沖寬度的。第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2．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，

第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.3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逆變器第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三假定兩電平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(shù)，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，即第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三圖3-9兩電平SPWM逆變器的輸出電壓波形

第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三理論上講，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αK值即可。然而，由式（3-3）可看出，未知數(shù)αK的個數(shù)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(shù)的電壓為0，通過優(yōu)化值αK消除N個諧波分量。第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三（1）消除5次和7次諧波求得的值為α1=16．247°，α2=22．068°

第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三（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(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α1～α4進行修正，通過迭代逐漸逼近真值。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2．三電平SPWM逆變器其輸出如圖第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.4電流跟蹤型PWM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。

第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三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之差達到滯環(huán)上限值Δ時，即if-ir≥Δ，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Δ時，即if-ir≤-Δ，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︱≤Δ，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。

第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三圖3-14電壓SPWM波形的產(chǎn)生第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.4.2開關頻率恒定的電流跟蹤型PWM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恒定的原理電路圖第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三（2）在電流閉環(huán)中增設頻率閉環(huán)使fT不變。圖3-16使用頻率閉環(huán)使fT恒定的原理電路圖第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.5PWM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

第25頁，共27頁，2023年