電力電子技術基礎20-PWM

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 電力電子技術基礎電力電子技術基礎第四部分 電力電子控制策略6 6第8章 PWM技術 PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脈寬調制技術脈寬調制技術：即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。電力電子技術基礎PWM綜述綜述第四部分 電力電子控制策略c) 電流斷續(xù)時的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I2

2、0t1t2uoEMa) 電路圖電力電子技術基礎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，全控型器件的發(fā)展使得實現(xiàn)PWM控制變得十分容易。 PWM技術的應用十分廣泛，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的發(fā)展史上占有十分重要的地位。 PWM控制技術正是有賴于在逆變電路逆變電路中的成功應用，才確定了它在電力電子技術中的重要地位?，F(xiàn)在使用的各種逆變電路都采用了PWM技術，因此，本章和第7章（逆變電路）相結合，才能使我們對逆變電路有完整地認識。 目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術。 逆變電路是PWM控制技術最為重要的應用場合。 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基礎PWM理論基礎理論基礎第四部分 電力電子控制策略 理論基礎理論基礎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，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。 電力電子技術基礎PWM理論基礎理論基礎第四部分 電力電子控制策略電力電子技術基礎PWM理論基礎理論基礎第四部分 電力電子控制策略OutSPWM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正弦半波Out電力電子技術基礎PWM理論基礎理論基礎第四部分 電力電子控制策略OwtUd-Ud 對于正弦波的負半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效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

5、際應用中更為廣泛。PWM理論基礎理論基礎電力電子技術基礎PWM波形的產(chǎn)生方法波形的產(chǎn)生方法 計算法計算法根據(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波形繁瑣，當輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結果都要變化 調制法調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ur(調制波)作比較，由交點產(chǎn)生PWM波。等腰三角波應用最多，其任一點水平寬度和高度成線性關系且左右對稱電力電子技術基礎PWM波的調制產(chǎn)生辦法波的調制產(chǎn)生辦法第四部分 電力電子控制策略 調制信號波可為正弦波電壓也可為直流電壓。 工作時V1和

6、V2通斷互補，V3和V4通斷也互補。 以uo正半周為例，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷。 V1和V4導通時，uo等于Ud 。調制法單相橋式PWM逆變電路結合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調制法進行說明PWM波的調制產(chǎn)生辦法波的調制產(chǎn)生辦法單相橋式PWM逆變電路 V4關斷、V3開通后，uo=0。 uo總可得到Ud和零兩種電平。 uo負半周，讓V2保持通，V1保持斷，V3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平。PWM波的調制產(chǎn)生辦法波的調制產(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保持斷斷。 當uruc時使V4通，V3斷，uo=Ud 。

7、 當uruc時時，給V1和V4導通信號，給V2和V3關斷信號。uo=Ud 。 當當uruc時，給V1導通信號，給V4關斷信號，uUN=Ud/2。 當urUuc時，給V4導通信號，給V1關斷信號，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與調制信號頻率fr之比，N= fc / frv 根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調制方式分為異步調制異步調制和同步調制同步調制1. 異步調制異步調制 異步調制異步調制載波信號和調制信號不同步的調制方式 通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比N是變化的 在信號波的半周期內，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱 當fr較低時，N較大，一周期內脈沖數(shù)較多 當fr增高時，N減小，一周期內的脈沖數(shù)減少PWM波的調制方式波的調制方式異步調制異步調制2. 同步調制同步調制 同步調制同步調制N等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步 基本同步調制方式，fr變化時N不變，信號波一周期內輸出脈沖數(shù)固定 fr很低時，fc也很低，相鄰兩個脈沖的間距增大，由調制帶來的諧波不易濾除，對電動機負載將產(chǎn)生脈動轉矩和噪音 fr很高時，fc會過高，使開關器件難以承受PWM波的調制方式波的調制方式同步調制同步