電力電子技術-第五章

第5章PWM控制技術PWM（PulseWidthModulation）控制對脈沖的寬度進行調制的技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。優(yōu)點：功率因數(shù)高、有效地進行諧波抑制、動態(tài)響應快。缺點：高次諧波、du/dt、電磁干擾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，通過改變調制周期可以控制其輸出頻率，從而同時實現(xiàn)變壓和變頻。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。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)δ（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。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。5.2.1計算法和調制法

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器件的通斷，就可得到所需PWM波形。調制法把希望輸出的波形（正弦波）按比例縮小作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過載波的調制得到所期望的PWM波形。5.2.1計算法和調制法調制波把希望輸出的波形作為調制信號，在SPWM中采用正弦波作為調制波。載波把接受調制的信號作為載波，通過對載波的調制得到所期望的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系，且左右對稱。5.2.1計算法和調制法單極性PWM控制方式調制信號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5.2.1計算法和調制法Ur正半周當ur>uc時，uo=Ud當ur<uc時，uo=0Ur負半周當ur>uc時，uo=0當ur<uc時，uo=-Ud單極性PWM控制方式特點輸出電壓三個電平1、0、-1需要兩個三角載波單相浙橋逆本變橋竿阻感膀負載5.扣2.塞1計算鍵法和虛調制沙法單極責性PW佛M控制頃方式V1和V2通斷徑互補倚，V3和V4通斷井也互石補，鈴縱向注換流uo正半飄周時累，V1導通烤，V2關斷葛，V3和V4交替羽通斷uo可得常到Ud和零窄兩種祖電平uo負半瞞周，絞讓V2保持怪導通失，V1保持闊斷開改，V3和V4交替遷通斷寒，uo可得-Ud和零殿兩種襖電平單極陵性PW衰M控制益方式V1和V2通斷點互補理，V3和V4通斷辯也互隆補，有縱向蜜換流uo正半范周時矮，V1導通遍，V2關斷告，V3和V4交替燃通斷uo可得堡到Ud和零處兩種所電平uo負半烈周，央讓V2保持測導通姐，V1保持蕩斷開夕，V3和V4交替釀通斷語，uo可得-Ud和零遷兩種字電平5.鋪2.影1計算伏法和銜調制柔法雙極處性PW寒M控制核方式在ur的一腥個周錫期內(nèi)蛋，輸響出的PW愿M波只腦有±Ud兩種貞電平ur正負右半周幻玉，對訪各開果關器代件的朝控制估規(guī)律和相同單相野橋逆兇變電質路5.吊2.輛1計算麥法和妻調制維法雙極蔽性PW魚M控制素方式當ur>uc時，熄驅動V1、V4如io>0，則V1和V4通如io<0，VD1和VD4通不管瓣哪種錘情況uo=Ud當ur<uc時，纏驅動V2、V3如io<0，V2和V3通如io>0，VD2和VD3通不管抵哪種江情況uo=-Ud三相露橋逆隱變電喝路5.蘭2.切1計算榮法和胖調制元法雙極哨性PW肯M控制跳方式三相宗的PW四M控制摸公用陸三角延波載哭波uc，三魂相的勞調制頁信號錢依次患相差12嘆0°。當urA>uc時，V4關斷鋒，V1或VD1導通沃，則uAN深’=Ud/2當urA<uc時，V1關斷收，V4或VD4導通豎，則uUN’=-Ud/25.橫2.熊1計算仿法和艱調制濾法雙極曬性PW本M控制漢方式uAN痕’、uBN行’和uCN俯’的PW序M波形鴉只有±Ud/2兩種哲電平線電考壓波棋形uAB的波急形可犯由uAN利’-uBN枝’得出逆變搬器輸廁出線叼電壓PW剩M波由±Ud和0三種蘆電平奧構成負載膀相電斯壓uAN可由吐下式諸求得負載牌相電捷壓PW飽M波由(±談2/徹3)Ud、(±搬1/賴3)Ud和0共5種電械平組某成5.荷2.愧1計算紫法和自調制胸法5.猾2.花1計算壤法和蠻調制先法同一然相上搞下兩里臂的間驅動壯信號貸互補村，為原防止塌上下刻臂直蔥通而騎造成婦短路靈，在小上下閘兩臂坦切換悔時留慢一小停段上摧下臂迎都施紡加關濁斷信煩號的死區(qū)娃時間。死區(qū)共時間茂的長情短主影要由難功率默開關飛器件鴉的關務斷時攜間決勺定。死區(qū)稠時間嘗會給釘輸出批的PW趕M波帶粗來影張響，加使其奴稍稍頑偏離旁正弦成波。5.粉2.介2藝S源PW斤M的基拳波電倉壓SP驚WM脈沖世電壓：脈怪沖寬沫度按杯照正奴弦規(guī)覺律變驚化的催脈沖夸電壓蛙序列寫。其基附波電愚壓幅畜值與泄各段定脈寬費有著萌直接妄關系駱，改福變各荒個脈查沖的值寬度浮，就飼可以弊平滑擋地調脅節(jié)逆椅變器寺輸出中電壓亮基波順幅值旨。脈沖眨數(shù)n足夠仰大時慕，SP鄰WM逆變軋器輸惜出脈蓬沖序黎列的累基波填電壓洽正是得調制沿時所局要求船的等刮效正乒弦波煤。5.般2.革3脈寬梅調制辟的制影約條碰件1.開關決頻率覽限制開關讀頻率串越高照，SP匹WM波形益的脈濫沖數(shù)秧越多脖，其鑰基波催越接燒近期羅望的護正弦塘波。電力岸電子裙器件下的開鋒關能滔力是綱有限芝的，爹因此熄在應嬸用脈穗寬調兔制技爆術時淺必然抵要受飾到一瞞定條購件的纖制約載波威比：載值波頻櫻率fc與調雪制信衛(wèi)號頻豆率fr之比器，N=fc/fr5.憲2.市3脈寬提調制池的制宇約條篩件2.最小菊間歇董時間久與幅戀值調帽制比最小蘇脈沖共寬度爹大于劇開關為器件輪的導替通時校間ton，而最長小脈體沖間扔歇大救于器龍件的項關斷班時間tof喊f幅值憤調制茂比M=Urm/UcmM=益0~梢15.冬2.浩4異步這調制肉和同犬步調肝制異步飼調制載波膛信號妻和調先制信位號不鳳同步口的調宜制方禍式，嘴通常械保持fc固定付不變仙，當fr變化盾時，估載波獨比N是變膨化的缺點陳：在信局號波黑的半特周期欠內(nèi)，PW狹M波的鏟脈沖食個數(shù)霉不固亞定，掩相位肆也不究固定海，正吼負半散周期拌的脈海沖不透對稱胖，半探周期棚內(nèi)前淺后1/愈4周期透的脈瘦沖也循不對橡稱。當信臭號頻剝率增薪高時牧，N減小楚，一續(xù)周期后內(nèi)的橫脈沖述數(shù)減巧少，已使得嗎輸出PW米M波和靠正弦烘波差腦異變嘆大。5.城2.毒4異步役調制球和同湖步調嗎制同步掃調制在變?nèi)桀l（fr變化柴）時乖，載岔波比N不變勒，載禮波與個信號習波保櫻持同喘步。信號匪波一夾周期羊內(nèi)輸患出脈腥沖數(shù)揮是固非定，宣脈沖晝相位肯也是供固定曉的。三相攏電路圾中公潮用一猴個三純角波予載波暢，且梁取N為3的整荷數(shù)倍盲，使逃三相撓輸出項波形聞嚴格普對稱則。為使接一相鑒的PW扎M波正推負半貨周鏡侵對稱醫(yī)，N應取驚奇數(shù)遞。5.惠2.白4異步榆調制膏和同資步調組制同步村調制郊缺點斧：當逆蓬變電稼路輸棚出頻淋率很鬧低時經(jīng)，fc也很溫低，fc過低罪時由幻玉調制蝕帶來孩的諧寧波不惕易濾版除。當逆徒變電厲路輸頂出頻獻率很囑高時償，同乓步調側制時償?shù)妮d獵波頻碌率fc會過傻高，憐使開放關器垃件難無以承電受。5.芽2.奸4異步手調制進和同匪步調撐制分段街同步媽調制把逆烈變電扔路的極輸出遙頻率獵范圍鋼劃分抗成若漁干個玻頻段雖，每坑個頻尸段內(nèi)洗保持N恒定餡，不炭同頻伴段的N不同射。在fr高的出頻段缺采用貪較低寸的N，使孤載波伶頻率受不致緩過高耀，限場制功惜率開巡壽關器惜件允按許的去范圍膚。在fr低的登頻段瘡采用貸較高庫的N，使葬載波鏡頻率魄不致射過低法而對忌負載掠產(chǎn)生團不利貧影響恰。5.穴2.急5謀SP夜WM控制氧的實碑現(xiàn)方槳法模擬碼實現(xiàn)求方法數(shù)字貼實現(xiàn)美方法等效歡面積晚算法自然響采樣茂法規(guī)則鹿采樣仰法SP孤WM專用輛集成蹈電路陶芯片5.獅2.壞5裕SP乎WM控制疼的實畫現(xiàn)方績法模擬斗實現(xiàn)望方法京：侄采用濱模擬溪電路毅實現(xiàn)5.范2.松5劍SP擱WM控制稱的實軌現(xiàn)方斤法自然豪采樣花法按照SP慈WM控制舊的基樣本原膏理，逝在正歸弦波裁和三茶角波楚的自微然交移點時怒刻控逃制功鄉(xiāng)豐率開驕關的揭通斷除，這立種生羞成SP離WM波形權的方是法規(guī)則惹采樣比法工程杏實用蹄方法躲，效化果接他近自悼然采束樣法貫，計襖算量巖比自決然采資樣法妖小得夫多ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd'd'2d2d規(guī)則采樣法5.組2.依5循SP施WM控制模的實續(xù)現(xiàn)方梁法取三逼角波塵兩個猾正峰宴值之捕間為座一個緒采樣沃周期Tc使脈覽沖中它點擾和三盾角波彩一周乒期的胃中點理（即籠負峰鬧點）互重合妹，每爭個脈寸沖的剪中點慎都以際相應筐的三刷角波歷中點早為對券稱，榆使計傲算大辮為簡嫌化。ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd'd'2d2d規(guī)則采樣法5.稱2.仍5厘SP添WM控制孝的實次現(xiàn)方迫法在三預角波槐的負錫峰時怪刻tD對正狗弦信繼號波牽采樣腸得D點，每過D點作當一水型平直鞠線和鍛三角選波分康別交倡于A、B點，按在A點時煩刻tA和B點時算刻tB控制批功率缸開關依器件唯的通畜斷規(guī)則券采樣志法得駐到的莊脈沖衫寬度男和用蘇自然桌采樣青法得比到的借脈沖沉寬度總非常唐接近設正玩弦調蝴制信耐號波宗為式中練，a稱為拉調制們度，0≤a<1；wr為信器號波驅角頻針率，因此蚊可得三角免波一襖周期禿內(nèi)，顯脈沖遣兩邊斷間隙盯寬度δ’為5.志2.平5穗SP杠WM控制客的實迫現(xiàn)方且法三相掉橋逆杜變電更路應萍形成飼三相SP碎WM波形添，三碑相的讓三角汗波載初波該共用職，三墨相正窩弦調類制波摘相位劉依次您差12淡0°設同到一三且角波紀周期劃內(nèi)三猛相的巾脈寬租分別根為δU、δV和δW，脈盤沖兩遠邊的戒間隙孝寬度竿分別佳為δ’U、δ’V和δ’W，同目一時往刻三良相調劈燕制波猛電壓夸之和陜?yōu)榱憔?，?.重2.雖5裙SP村WM控制姿的實堅現(xiàn)方純法1）單般相雙辦極性諧波冬角頻約率為:n=1毒,3鋤,5礎,…時，k=0畫,2態(tài),4駝,預…；n=2財,4解,6嚇,…時，k=1橫,3仔,5拾,內(nèi)…SP莊WM波中能不含烘低次充諧波既，只俊含wc及其匆附近唉的諧歸波以母及2wc、3wc等及牢其附抄近的窄諧波蘆。角頻眾率1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-諧波揭振幅0.騎20.聚40.蹈60.凈81.尊01.深21.誰4kna=1.誕0a=0.嘉8a=0.雕5a=05.泰2逆變召電路紀的SP甘WM控制睛方法5.凡2逆變牌電路冷的SP咱WM控制禮方法2）三責相雙雅極性（公普用載檢波