脈寬調(diào)制PWM技術(shù)在電力電子電路的應(yīng)用

1、【摘要】脈沖調(diào)制（PWM技術(shù)最早起源于通信技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)的思想，并將這種思想推廣到測(cè)量、電 力電子領(lǐng)域。隨著全控型器件的發(fā)展與微處理器的出現(xiàn)，PW腺術(shù)已經(jīng)變成為了電力電子領(lǐng)域中的重要技術(shù)，特別是在斬波電路、逆變電路。本文主要研究了 PW雌術(shù)的理論基礎(chǔ)（面積等效原理）及其控制原理； 分析了在PW虛制下降壓斬波電路的工作情況，并用 matlab建模；分析了在1800方波控制與SPW螳制 兩種方法下三相橋式逆變電路的工作狀態(tài)，對(duì)比兩種方法的優(yōu)劣，并考慮了加入死區(qū)時(shí)間對(duì) SPWM勺影響。結(jié)合異步電機(jī)變頻調(diào)速的相關(guān)原理，對(duì)SPW麒術(shù)控制下的逆變電路進(jìn)行變化，通過控制輸出電壓的變化來實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。選擇具

2、體的電路，根據(jù)理論分析計(jì)算相關(guān)的參數(shù)。使用Matlab軟件進(jìn)行搭建仿真電路， 將仿真得到的數(shù)據(jù)、波形與理論分析相互分析對(duì)照，總結(jié)其特點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】PWM DCHDQ DC-AG MATLA昉真AbstractABSTRACT Pulse modulation (PWM) technology originated in the communication technology modulation, demodulation of the idea, and this idea extended to the field of measurement, power electronics. W

3、ith the development of full-controlled devices with the advent of microprocessors, PWM technology has become an important technology in the field of power electronics, especially in chopping circuits, inverting circuits. This paper mainly studies the theoretical basis of the PWM technology (area equ

4、ivalent principle) and its control principle. The work of the step-down chopper circuit under PWM control is analyzed and modeled by matlab. The analysis of the 180 squar e wave control and SPWM Control the working state of the three-phase bridge inverter circuit under the two methods, compare the a

5、dvantages and disadvantages of the two methods, and consider the influence of adding dead time to SPWM. Combined with the principle of asynchronous motor frequency control, SPWM technology under the control of the inverter circuit changes, by controlling the output voltage changes to achieve frequen

6、cy control. Select the specific circuit, according to the theoretical analysis of the relevant parameters. Using Matlab software to build simulation circuit, the simulation of the data, waveform and theoretical analysis of each other analysis, summed up its characteristics.【KEYWORDS PWM ;DC QC ;DC-A

7、C ; MATLAB simulation TOC o 1-5 h z 前言4 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 課題研究背景與意義 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document PWM技術(shù)的研究現(xiàn)狀 4相電壓控制PWM 4線電壓控制PWM 5空間電壓矢量控制PWM 5電流控制PWM 5矢量控制PWM 5直接轉(zhuǎn)矩控制 PWM 5非線性控制PWM 5諧振軟開關(guān)PWM 5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 本課題的主要內(nèi)容 6 HYPERLINK l bookma

8、rk10 o Current Document PWM技術(shù)的原理7 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 面積等效原理7 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 控制原理8 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document PWM技術(shù)在斬波電路中的應(yīng)用 10 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 斬波電路概述 10 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 三相三重降壓斬波電路 10三

9、相三重降壓斬波電路的工作原理及波形 10控制方法13 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 仿真及波形分析13建立降壓斬波電路仿真模型 13三相三重降壓斬波電路的仿真15 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document SPWM技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用 17 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 逆變電路概述 17 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 三相橋式逆變電路 17180 方波控制 17SPWM控制20 HYPER

10、LINK l bookmark74 o Current Document 仿真及波形分析23三相橋式方波逆變電路仿真 23SPWM控制下的三相橋式逆變電路的模型仿真 24波形分析 25 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 異步電機(jī)的變頻調(diào)速 28 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 異步電機(jī)的機(jī)械特性 28 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document 變頻調(diào)速的控制特性與機(jī)械特性 29變頻調(diào)速的控制特性 29變頻調(diào)速的機(jī)械特性 30 HYPERLINK l b

11、ookmark95 o Current Document 仿真及波形分析31 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 總結(jié)34III1 刖言課題研究背景與意義PWM技術(shù)是通過由高電平與低電平組成的窄脈沖（一般通過微處理器得到）來改變電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)，從而改變頻率、改變幅值、減少諧波次數(shù)，得到希望的波形。PWM控制的思想起源于通信技術(shù)，并被推廣到電力電子領(lǐng)域。PWM技術(shù)對(duì)電力電子器件的開關(guān)頻率有著較高的要求，但是當(dāng)時(shí)的電力電子器件最大只能實(shí)現(xiàn)幾千赫茲，因此PWM6制一直未能發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。一直到全控型器件的出現(xiàn)與微處理器的突飛猛進(jìn)，PWMK術(shù)才算得

12、到了用武之地?，F(xiàn)在，電氣傳動(dòng)和能量變換控制系統(tǒng)是PW配制技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)合。在電力電子領(lǐng)域，PWM技術(shù)主要是通過改變輸出的頻率與幅值來控制電機(jī)。隨著科技不斷地發(fā)展與適用不同的應(yīng)用場(chǎng)合，有十多種不同的PWM制方法出現(xiàn)，主要有：相電壓控制PWM線電壓控制PWM非線性控制PW年錯(cuò)吳未找到引用源。由于PW瞰術(shù)在電力電子領(lǐng)域中的廣泛使用，在一些相關(guān)國(guó)際會(huì)議中已經(jīng)設(shè)立一個(gè)單元，專門用于探討PW瞰術(shù)。對(duì)于PWM技術(shù)的研究重點(diǎn)也發(fā)生著變化，從希望輸出電壓或電流是正弦波，到減小電路不必要 的耗能。隨著人類地不斷前行，不同學(xué)科領(lǐng)域之間的距離也在不斷地縮短，PWM技術(shù)也在不斷地變化，不斷地開拓它的領(lǐng)土，充滿著活力。

13、PWM技術(shù)的研究現(xiàn)狀現(xiàn)在，我們可以將 PWM6制技術(shù)分為以下幾種。相電壓控制PWM顧名思義相電壓控制 PW娓使電路輸出電壓為正弦波，主要應(yīng)用在DC-AC變換錯(cuò)!未找引用源，相電壓控制 PWW根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，可分為以下幾種。等脈寬PWMfc的每個(gè)周期中高電平的寬度是一樣的。可以通過改變周期寬度來進(jìn)行來改變頻率，改變高電平的寬 度來改變幅值，主要于斬波電路。用一般的PW瞰術(shù)控制電機(jī)輸出中含有諧波，其輸出的電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)發(fā)生脈動(dòng)， 而電機(jī)的定子會(huì)因此振動(dòng)， 傷害電機(jī)。而隨機(jī)PWM軍決了這個(gè)問題， 如果隨機(jī)增大或減小波形的高低電平寬度或周期，使輸出中含有的諧波被轉(zhuǎn)移至較高的頻 率，與基頻分離開來。 S

14、PW岐術(shù)是把PW瞰術(shù)的基本原理作為理論基礎(chǔ)，并將波形與正弦 波進(jìn)行等效。線電壓控制PWM線電壓控制PWMt要是用于三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，其負(fù)載是三相無中線對(duì)稱負(fù)載，需要 對(duì)線電壓進(jìn)行控制，等效為正弦波。線電壓控制PWW要由比較法產(chǎn)生 PW眼形。調(diào)制波形為含有三次或者三倍自身頻率的諧波的梯形波，載波使用三角波?？臻g電壓矢量控制 PWM空間電壓矢量控制 PWM勺原理是用逆變器的磁場(chǎng)來等效理想的圓形磁場(chǎng)錯(cuò)!未找到引用源。常用于控制基頻以下的交流電機(jī)，并提高電路的電壓利用率。電流控制PWM電流控制PWM勺原理是反饋，通過不斷比較人為給定的輸出的電壓或電流波與電路實(shí) 際得到的電壓波或電流波，根據(jù)這兩個(gè)值的大

15、小來決定當(dāng)時(shí)電路中器件的開關(guān)狀態(tài)，令輸 出值等于給定值。矢量控制PWM由于交流電機(jī)的控制較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。矢量控制PWM勺原理是把電流當(dāng)作控制對(duì)象來控制，令其近似為直流電機(jī)錯(cuò)!未找到引用源。但是實(shí)際的控制效果經(jīng)常不能達(dá)到理論的水平，而且還需要配備速度傳感器，所以實(shí)用性不好。直接轉(zhuǎn)矩控制 PWM直接轉(zhuǎn)矩控制PWM勺原理與矢量控制不同，是通過轉(zhuǎn)矩來控制，不需要解耦錯(cuò)誤!未找到引源,直接計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的大小，再產(chǎn)生 PW瞰形。其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)好， 但是當(dāng)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，得到的PW瞰的頻率較低，開關(guān)損耗較大。非線性控制PWM非線性控制PWM勺原理是通過改變 PW瞰的高電平寬度，與設(shè)定電

16、壓保持一定的比例。 其具有調(diào)制和控制的特性。將其用于三相整流器，可以實(shí)現(xiàn)低電流畸變和高功率因數(shù)，也 適用于各類軟開關(guān)逆變器，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快、魯棒性強(qiáng)、開關(guān)頻率恒定。諧振軟開關(guān)PWM由于硬開關(guān)技術(shù)受限于電力電子器件的問題（如過電流、過電壓等問題），不能實(shí)現(xiàn)高頻化，而這與當(dāng)前 PW啦術(shù)發(fā)展方向相沖突。諧振軟開關(guān)PWM勺原理是使用諧振網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，此網(wǎng)絡(luò)可以是電子電力器件完成軟開關(guān)，且時(shí)間極短且損耗為較小，可以提高 頻率而不會(huì)出現(xiàn)問題。但是諧振網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生諧振損耗，限制了技術(shù)的應(yīng)用。本課題的主要內(nèi)容本課題主要是研究了 PW瞰術(shù)的原理以及其在斬波電路、逆變電路以及異步電機(jī)變頻調(diào)速中的應(yīng)用。先是從理論

17、上分析電路如何工作的以及輸出波形是怎么樣的，再選擇具體的參數(shù)，進(jìn)彳T matlab仿真搭建電路，得到波形進(jìn)行分析， 與理論分析進(jìn)行對(duì)照，總結(jié)其特點(diǎn)OPWM技術(shù)的原理面積等效原理在采樣控制理論中， 有一個(gè)理論（面積等效原理）：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)，其效果基本相同圖2-1 4個(gè)形狀不同但是沖量相等的脈沖a）電路）響應(yīng)的波形圖2-2電路以及各個(gè)脈沖的響應(yīng)波形如圖2-1所示a、b、c三個(gè)脈沖的面積（藍(lán)色線所圍的區(qū)域）都是相等的，那么這 3個(gè)脈沖的沖量都是相等的。而單位脈沖函數(shù)如果加在含有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)為此環(huán)節(jié)的脈沖過度函數(shù)。將圖2-1中的四個(gè)函數(shù)作為電壓的波形，

18、加在具有慣性環(huán)節(jié)的圖2-2-a中電路上時(shí)，將電流的變化繪制成圖，得到結(jié)果為圖2-2-b的波形。我們對(duì)電流響應(yīng)進(jìn)行分析可得，在 0到11時(shí)刻電流上升，4個(gè)脈沖的響應(yīng)上升的速率與高度都不同；而在t1時(shí)刻以后，電流下降，此時(shí) 4個(gè)脈沖下降地趨勢(shì)一樣，基本重合在一段曲線上。若對(duì)4個(gè)響應(yīng)曲線使用傅里葉函數(shù)進(jìn)行分解，可以得到在低頻率時(shí)公式是相近的，在高頻率時(shí) 公式不同。a）正弦半波b）等寬分割A(yù)Otc）等效的PW瞰形圖2-3 將正弦半波轉(zhuǎn)化為PW瞰如圖2-3所示先將正弦波平均分為7份，然后用7個(gè)等幅等周期但寬度不同的矩形波來代替，令圖2-3-b與c對(duì)應(yīng)區(qū)域的彩色區(qū)域面積相等（沖量相等），并使矩形波與正弦波

19、 相互等效的部分的中點(diǎn)相對(duì)應(yīng)?？刂圃韕wM術(shù)是以面積等效原理為基礎(chǔ)的，控制電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)，從而使主電路 輸出脈沖幅值相等但是寬度不等的脈沖序列，用此序列來等效需要得到的波形如正弦波。 按照一定的規(guī)律來改變脈沖的寬度，可以改變輸出波形，從而達(dá)到改變所等效波形幅值與頻率的目的。而且這與中間環(huán)節(jié)的元件件參數(shù)無關(guān)，因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速且不需要對(duì)主電路 進(jìn)行調(diào)整，只需要一個(gè)功率控制級(jí)別就可以調(diào)節(jié)。產(chǎn)生 PWM波形的方法主要是調(diào)制法, 可以使用比較器來比較信號(hào)波與載波的幅值來確定此時(shí)PWM的電平高低。PWM技術(shù)在斬波電路中的應(yīng)用斬波電路概述在生活中，我們常常會(huì)用到需要24V直流電源輸入的電器，而又沒

20、有24V直流電源，那么就需要電路簡(jiǎn)單、體積小巧的斬波電路了。斬波電路就是將一個(gè)固定值的直流電源變成為你所需要的電壓的電路。斬波電路一般使用全控型器件(如IGBT)來進(jìn)行控制。這些全 控型器件一般工作在開關(guān)狀態(tài)，大部分?jǐn)夭娐氛{(diào)整PWM波的占空比來控制開關(guān)管的通斷，從而改變輸出電壓值?；镜臄夭娐犯鶕?jù)電壓的升降分為降壓(buck)、升壓(boost )、升降壓(buck-boost )錯(cuò)謾,未找到引用源，本文選擇降壓斬波電路以及三相三重降壓斬波電路作 為研究對(duì)象。三相三重降壓斬波電路如圖3-1所示，三相三重降壓斬波電路可以看作是3個(gè)一樣的降壓斬波電路組成的錯(cuò)吳!未找到引用源。多相多重電路中的多

21、相指的是在一周期內(nèi),流過電源的電流的脈動(dòng)次數(shù)， 多重指的是在一周期內(nèi)，流過負(fù)載的電流的脈動(dòng)次數(shù)。3.2.1圖3-1 3個(gè)降壓斬波電路組成的電路三相三重降壓斬波電路的工作原理及波形先分析降壓斬波電路的正常工作時(shí)的電流通路及輸出的計(jì)算。iG圖3-2降壓斬波電路圖20EOTEOEO u , oOu oiG- oO fio*iGib）電流斷續(xù)時(shí)的波形a）電流連續(xù)時(shí)的波形圖3-3 降壓電路電壓、電流波形如圖3-3-a所示，當(dāng)iG 0時(shí)，可控器件導(dǎo)通，電流通路為E-V-L-R-電動(dòng)機(jī)。此時(shí)電源E向直流電動(dòng)機(jī)傳送能量，此時(shí)電流io上升。當(dāng)iG 0時(shí)，可控器件關(guān)斷，電流通路為電動(dòng)機(jī)-VD-L-R o此時(shí)直流電

22、動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì) Em使二極管VD導(dǎo)通，消耗能量，電流i o下降直到器件下一次導(dǎo)通再上升。如圖3-3-b所示，如果一個(gè)周期內(nèi)，可控器件V導(dǎo)通時(shí)間過短且電感L不是足夠大，那么電流i0將會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)，將負(fù)載電壓U。抬高為直流電動(dòng)機(jī) 的反電動(dòng)勢(shì)Em , 一般這是不希望出現(xiàn)的。-11可以從圖3-3-a看出當(dāng)電路電流i連續(xù)時(shí)，電壓Uo平均值為Ut ontono 十1 E - E E （ 3-1 ）t on toffT其中t ON是可控器件開通的時(shí)間,toff是可控器件關(guān)斷的時(shí)間，T為周期,t on 口 是導(dǎo)通占空比。而負(fù)載電流i 0的平均值為IoUoEmREEm-R3-2）對(duì)于單個(gè)降壓電路有了一定了解以后，

23、將3個(gè)并聯(lián)起來的情況也是類似。不過, 重降壓斬波電路為了防止在同一時(shí)刻有兩個(gè)或三個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通，所以每個(gè)開關(guān)器件的占 空比”值為33.3%,并且開關(guān)器件 VI、V2、V3兩兩之間滯后1/3個(gè)周期。其輸出如圖與圖3-3的輸出相比，電壓U0的脈動(dòng)次數(shù)與平均值是原來的3倍。電流i0的脈動(dòng)次數(shù)是原來的3倍，并且由于相位差的關(guān)系，一個(gè)電流的上升趨勢(shì)被另外一個(gè)電流的下降趨勢(shì)抵消了，波形因此變得平緩了許多。uuui 1iOtO3 +Ot o圖3-4 3相3重電路的輸出波形3.2.2 控制方法斬波電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的 PW/術(shù)也簡(jiǎn)單。不像交流電一樣需要實(shí)時(shí)地改變器件的 開關(guān)時(shí)間，只需要根據(jù)公式 3-1計(jì)算出占

24、空比”的大小，并根據(jù)不同的電路進(jìn)行設(shè)定就可 以了。仿真及波形分析建立降壓斬波電路仿真模型選才i E=100V, Uo=25V,U0為U0的0.2%,負(fù)載電阻 R為20，開關(guān)器件為IGBT,其工作頻率為 10KHz根據(jù)輸出、輸入電壓帶入公式 3-1 ,可得出 =25/100=25%。由于需要防止電流出現(xiàn)斷器件 V導(dǎo)通時(shí)i0會(huì)增大，設(shè)增量為 i L ,當(dāng)器件V關(guān)斷時(shí)i 0會(huì)減小，設(shè)增量為i L，且 i L = i L。再結(jié)續(xù)，因此需要計(jì)算出合適的電感值L。由前文可知當(dāng)電流不斷續(xù)是,合i l2i0, i0U0/R可得臨界電感值Lc為當(dāng)L0.00075H時(shí)電流連續(xù)，仿真時(shí)需留一定的裕量,7. 5 *可

25、選為10 4H0.0009H 。3-3)根據(jù)波紋電壓Uo計(jì)算出電容值CU0(1) 2CI c HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 8L Uos5. 2 *10 5F3-4)得到根據(jù)上述參數(shù)，建立Matlab仿真模型。根據(jù)圖3-2搭建將降壓斬波電路的模型, 圖3-5 ,設(shè)置仿真時(shí)間為 0.1s。仿真算法一般根據(jù)仿真電路的類型來決定，本文的仿真都是與電力電子相關(guān)的，一般都選擇ode23tb ,下文不再贅述。-13IL 17|必 iPUM 0rcrxr心TS I-圖3-5仿真模型圖3-6仿真波形如圖3-6得到仿真波形，依次為電感兩端的電壓吐、負(fù)載電流i

26、0、輸出電壓U0o與上文的理論分析一樣， 開關(guān)器件V開通時(shí)，電流變大；關(guān)斷時(shí)，電流線性下降且電流連續(xù)。如果L9里靠Pu的 64n* 交Pul*Gereratorse-erase ri圖3-7三相三重降壓斬波電路仿真模型-15圖3-8 3相3重降壓斬波電路3個(gè)支路的電壓波形圖3-9 3相3重降壓斬波電路 3個(gè)支路電流與負(fù)載電流波形從圖3-8、3-9中可以看出3相3重降壓斬波電路的 U0是由3個(gè)占空比為25%匾值為io的脈動(dòng)次數(shù)是原先的 3倍。100V兩兩之間相差1/3個(gè)周期的矩形波組成的。原先一個(gè)周期內(nèi)一個(gè)斬波電路的電流的脈 動(dòng)被其他的抵消了，令輸出電流的脈動(dòng)較小，變得平緩，且4 SPWM技術(shù)在

27、逆變電路中的應(yīng)用逆變電路概述逆變電路主要是在當(dāng)直流電源向需要交流電的負(fù)載時(shí)用到，它的功能是將直流電源轉(zhuǎn) 化為交流電源。需要逆變電路的地方有很多，在電力電子領(lǐng)域，逆變電路是變頻器、不間 斷電源的重要組成部分 錯(cuò)吳,未找到引用源。近些年來，隨著國(guó)家新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光伏發(fā)電并 網(wǎng)、電動(dòng)汽車方面有了很大的進(jìn)步，其關(guān)鍵部分就是逆變。逆變電路可以根據(jù)直流側(cè)是電壓源還是電流源進(jìn)行分類，也可以按換流方式分類，也 可以按輸出的相數(shù)進(jìn)行分類 錯(cuò)!未找到引用源。本文主要作為研究對(duì)象的是三相橋式逆變電路， 它是電壓型的。電壓型逆變電路的特點(diǎn)是：（1）使用電壓源或大電容保持穩(wěn)定的電壓；（2）輸出電壓波形為矩形，當(dāng)帶阻

28、性負(fù)載時(shí)電流波形也是矩形，當(dāng)帶阻感性負(fù)載時(shí)電流波形為 正弦波；（3）帶阻感性負(fù)載時(shí)需要使用二極管續(xù)流。三相橋式逆變電路本文主要分析了在180方波控制與SPW臟制兩種方法下三相橋式逆變電路的工作狀 態(tài)，對(duì)比兩種方法的優(yōu)劣。180 方波控制180。方波控制是用占空比為 50%勺方波來控制6個(gè)開關(guān)器件，開關(guān)器件V1至V6以60。電角度為間隔輪流導(dǎo)通。首先驅(qū)動(dòng)器件1使其開通，經(jīng)過60。使器件2導(dǎo)通，再經(jīng)過60。使器件3開通，再經(jīng)過60。使器件4開通同時(shí)關(guān)斷器件 1。同一相的兩個(gè)器件一個(gè)周 期內(nèi)各開通180。，相位之間開始導(dǎo)電的角度相差1/3個(gè)周期，所以叫做180導(dǎo)電方式。在任意時(shí)刻，電路都有三個(gè)器件開

29、通，也叫做縱向換流。-17理_|VDliaJTTt,叫a)b)c)d)e)f)g)h)圖4-1逆變電路的主電路圖U WN INuV圖4-2方波控制下逆變電路的理論波形對(duì)于U相輸出，當(dāng)器件1開通時(shí)，UUN = Ud/2 ,當(dāng)器件4開通時(shí)，UUN = - Ud/2 ,其中N,是電源中點(diǎn)，可以得到負(fù)載線電壓與相電壓。UuvUUN,UVN,UvwUVN,UWN,UwuUWN,UUN,(4-1 )UUNUUN,UNN,UVNUVN,UNN,UWNUWN,UNN,(4-2)將公式3與4相加后，整理后可以求得負(fù)載中點(diǎn)N和電源中點(diǎn)N間電壓UNN( UUN,3UVN,UWN)( UUNUVN3uwN)(4-3)

30、當(dāng)負(fù)載為三相對(duì)稱負(fù)載時(shí),uUN+uVN+uWN=0可得UNN,鼻(UUN, 3UVN,UWN)(4-4)由上述公式可以繪制出三相橋式PW陋變電路的工作波形 (圖4-2),可以看出Unn,的頻率為Uun的3倍，其幅值為Ud / 6。線電壓uUV的幅值為Ud,線電壓Uun的幅值為ud/3與2ud/3。將3個(gè)半橋的電流相加可以得到id的波形，可以看出在一個(gè)周期內(nèi)i d脈動(dòng)6次，而直流電壓由于使用了電壓源或者電容沒有變化。相電壓2-E (sin t1sin5 t1 7一 sin7花5713(sint1 .一 sin5 t1. 7sin7花57tUuvUUN1t sin11 t11Uun與線電壓Uuv展

31、開為三角函數(shù)的形式:1 sin11 t11)(4-5)-19SPWM 控制在第一章介紹過，spwMI制法是一種較早出現(xiàn)比較完善的普遍應(yīng)用的pwM制法。與用占空比50%勺方波控制不同，SPW瞰術(shù)是把PW瞰術(shù)的基本原理作為理論基礎(chǔ)。將波形 與正弦波進(jìn)行等效。SPWMfe的實(shí)現(xiàn)主要有計(jì)算法和調(diào)制法。計(jì)算法就是根據(jù)器件的開關(guān)頻率以及所需等效的波形的頻率、幅值，將PW瞰的輸出高電平的時(shí)間計(jì)算出來。而且當(dāng)器件的開關(guān)頻率以及所需等效的波形的頻率、幅值進(jìn)行調(diào) 整以后都要重新計(jì)算。計(jì)算法的計(jì)算量非常大。調(diào)制法可以分為單極性調(diào)制是指載波在信號(hào)波的正半周的極性為正，在負(fù)半周的極性 為負(fù)；雙極性調(diào)制是指載波不管信號(hào)波

32、在哪個(gè)階段都是有正有負(fù)的，不是單極性的。本文 對(duì)于的研究對(duì)象需采用白是雙極性法產(chǎn)生PW瞰形。調(diào)制法的輸入為調(diào)制信號(hào)波和載波。其中信號(hào)波就是希望等效的波形，載波一般是使用三角波，其作用是接受調(diào)制。信號(hào)波和 載波經(jīng)過調(diào)制電路以后便是SPWMt可以應(yīng)用在電路中了。 一般是根據(jù)信號(hào)波與載波的相交點(diǎn)和具體電路來，決定 PW眼形的寬度。當(dāng)調(diào)制信號(hào)波的電壓值大于載波信號(hào)時(shí)，此刻 相應(yīng)的開關(guān)器件開通；當(dāng)小于時(shí)，則加負(fù)電壓關(guān)斷它。因此確定這個(gè)點(diǎn)，就成了重點(diǎn)。使 用自然交點(diǎn)來確定是自然采樣法，但是這個(gè)方法需要大量的計(jì)算，對(duì)于通過用微處理器來 實(shí)現(xiàn)的PWM制技術(shù)是不現(xiàn)實(shí)的。所以，又提出了工程上使用的規(guī)則采樣法。如圖

33、 4-3就 是規(guī)則采樣法的具體使用方法，得到的結(jié)果與真實(shí)的寬度相差不是很大，但少了很多需要 算的地方。載波比N在電路中，載波的頻率（fc）與調(diào)制信號(hào)的頻率（fr ）之比N為載波比。根據(jù) N在調(diào) 制過程中的變化可以分為同步與異步。異步調(diào)制就是隨著時(shí)間變化，N是變化的。同步調(diào)制就是N是不變的。對(duì)于有些電路也可以根據(jù)兩種方法的特點(diǎn)結(jié)合起來應(yīng)用形成分段調(diào)制。對(duì)于SPW臟制下的三相橋式逆變電路，一般使用一個(gè)鋸齒波作為載波，并且一般取載波比N=3*k （k為自然數(shù)）為了輸出對(duì)稱 錯(cuò)誤,未找到引用源。調(diào)制度m在電路中，調(diào)制彳t號(hào)的最大值Ur與載波的最大值 Uc之比為調(diào)制度 也 并且有這樣的結(jié)論，當(dāng)m 710

34、1%0 Wi 10W -5DO 200026W30003&W&00。4 5005000圖4-12 加入了死區(qū)時(shí)間以后線電壓諧波分析圖4-11、4-12是加入了死區(qū)時(shí)間的 SPW棉制下得逆變電路的輸出波形及諧波分析。此時(shí)線電壓的基波幅值為439.4V,小于未加入死區(qū)時(shí)間的，而且THD&上升為73.01 % ,而且對(duì)比圖4-10可以看出多了很多低次諧波。死區(qū)時(shí)間的加入使相電流出現(xiàn)失真，如果再帶電機(jī)負(fù)載會(huì)引起轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，造成損傷。-275異步電機(jī)的變頻調(diào)速5.1異步電機(jī)的機(jī)械特性由電機(jī)學(xué)的理論可知，當(dāng)忽略一些損耗時(shí)，異步電機(jī)的一相電路可以等效為圖5-1。圖5-1 等效電路當(dāng)Lm Ll1時(shí)，可以得到I

35、s I rUs_， 2Rs凡s2sLlr(5-1 )而電磁功率為 Pm = 3Ir2 Rr /s,同步角轉(zhuǎn)速為m1 =1 / np （ np是極對(duì)數(shù)），可以推導(dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩的公式,TePm23npUsRrs222m12/ f1 sRsRrs 1Lls(5-2)用公式5-2 ,對(duì)靜差率s進(jìn)行求導(dǎo)，并且令dTe / ds0,可得當(dāng)靜差率ssm時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩TTm。當(dāng)s較大時(shí)，轉(zhuǎn)矩可以與 s近似成反比。由此可以得到異步電機(jī)的固有機(jī)械特性。s圖5-2 異步電機(jī)的固有機(jī)械特性變頻調(diào)速的控制特性與機(jī)械特性變頻調(diào)速的控制特性在電機(jī)調(diào)速時(shí)，常常需要電機(jī)中每極的磁通量m不變，保持在一個(gè)合適的值 錯(cuò)!未找到引用源，如

36、果磁通太弱，則不能充分地利用電機(jī)的鐵心，如果磁通太大，會(huì)使鐵心飽和，導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流。在異步電機(jī)中，由定子和轉(zhuǎn)子的磁勢(shì)共同決定磁通m的大小。Eg 4.44fiNskNs m （5-3）從公式中5-3看出只要控制好Eg和f 1 ,便可以使磁通m保持在一個(gè)恒值。在基頻以下時(shí)， Q是比較難檢測(cè)到并保持不變的，當(dāng) Us比較高的時(shí)候我們認(rèn)為 Us-Eg,所以只要保持q/f產(chǎn)常值就可以控制 m。而當(dāng)?shù)皖l時(shí)，此時(shí)定子阻抗所分到的電壓占了 Us的很大一部分，那么為了滿足恒壓頻比的條件，需要抬高Us,來作為補(bǔ)償。在基頻以上時(shí)，為了保護(hù)異步電機(jī)，不能無限升高Us,只能到達(dá)額定值，而頻率可以繼續(xù)升高，因此磁通m會(huì)

37、隨著頻率的升高而降低。-29圖5-3變頻調(diào)速的控制特性變頻調(diào)速的機(jī)械特性在基頻以下時(shí)，保持Us/fi為常值，帶相同負(fù)載，轉(zhuǎn)速降落 n保持不變，變頻調(diào)速時(shí),機(jī)械特性平行下移。臨界轉(zhuǎn)矩Tem隨頻率下降而減小。力圖5-4基頻以下的機(jī)械特性在基頻以上時(shí)，隨頻率 fl上升，機(jī)械特性變軟，轉(zhuǎn)速降落n變大。11圖5-5基頻以上的機(jī)械特性仿真及波形分析選擇一個(gè)異步電動(dòng)機(jī)，參數(shù)為 Pn=2200VV fn=50Hz , Vn=380V, nN=1423rpm,極對(duì)數(shù) 為2,勵(lì)磁電感 Lm=0.3329H,定子電阻為 Rs=3.478 Q ,定子漏感 Lls=0.01254H ,轉(zhuǎn)子電阻 Rr=2.546，轉(zhuǎn)子漏感 Llr=0.01226H ，轉(zhuǎn)動(dòng)