第7讲 PWM控制技术.ppt

第七讲 脉宽调制（PWM）技术 第一讲 电力电子基础 Fundamental Power Electronics 第七讲 脉宽调制(PWM)技术 脉宽调制(PWM)技术 引言 PWM控制的基本原理 PWM逆变电路及其控制方法 PWM跟踪控制技术 PWM整流电路及其控制方法 矩阵式变换器 小结 1.引言 脉宽调制技术(PWM - Pulse Width Modulation)：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。 PWM控制的变流电路主要有： PWM逆变电路、直流斩波电路、 PWM整流电路、斩控式调压电路、以及矩阵式变频电路。 PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得PWM控制变得容易实现。PWM技术的应用使电力电子装置的性能大大提高，在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWM技术在逆变电路中应用最广。本讲主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术 2.PWM控制的基本原理 PWM理论基础—面积等效原理 面积相等而形状不同的窄脉冲加在具有低通滤波特性的环节上时，该环节的输出响应波形基本相同 该环节的输出响应在低频段非常接近，仅在高频段略有差异 PWM控制的基本原理 例1：SPWM调制机理 用一系列等幅不等宽的脉冲来等效取代正弦波 这些等幅不等宽脉冲与对应的同一采样周期内对应的正弦波面积相等 这些等幅不等宽脉冲的宽度按正弦规律变化。若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。 因而称为正弦脉宽调制 PWM控制的基本原理 单极性SPWM 双极性SPWM PWM控制的基本原理 等幅PWM波和不等幅PWM波 一端为直流电源采用等幅PWM，如直流斩波电路及PWM逆变、整流电路 输入电源是交流时采用不等幅PWM，如斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路 基于面积等效原理进行控制，本质相同 PWM电压、电流波 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波；但电压型逆变电路进行PWM控制最为普遍 PWM波形可用于等效的各种波形 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形 还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理仍基于等效面积原理 PWM控制的基本原理 PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制技术：基于面积等效原理，通过对构造脉冲系列并对其宽度进行调制，来等效地合成所需要的可变幅、可变频波形 所需合成的信号称为调制信号。调制信号根据需要可以为正弦、直流、非正弦等各种信号，可比喻为“乘客”，用于传递调制信号的高频信号称为载波，可比喻为“运载工具”；如何搭配载波与调制波称为调制方法。 载波的频率要求远高于调制信号的频率。 3.PWM逆变电路及其控制方法 计算法和调制法 异步调制和同步调制 规则采样法 PWM逆变电路得谐波分析 提高直流电压利用和减少开关次数 PWM逆变电路的多重化 计算法和调制法 数字计算调制法 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要相应变化 模拟电路调制法 输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波。等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称 与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM要求 调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波 调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波 计算法和调制法 例1：单相桥式PWM电压型逆变电路 工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补 uo正半周，V1通， V2断， V3和V4交替通断。负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负——负载电流为正的区间， V1和V4导通时，uo等于Ud; V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0；负载电流为负的区间， V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo= Ud; V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。uo总可得到Ud和零两种电平 uo负半周，V2通，V1断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平 计算法和调制法 单相桥式PWM电压型逆变电路 单极性PWM 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断 ur正半周，V1保持通，V2保持断 当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0 ur负半周，V1保持断，V2保持通 当ur<uc时使V3通，V4断，uo=-Ud 当ur>uc时使V3断，V4通，uo=0 虚线uof表