1、1/41第第7章章 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)7.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理7.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)7.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法 本章小結(jié)本章小結(jié)2/417.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理沖量：指窄脈沖的面積沖量：指窄脈沖的面積慣性的環(huán)節(jié)如：慣性的環(huán)節(jié)如：R-L電路、電路、R-C電路電路效果基本相同：是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同效果基本相同：是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同, 低頻段非常接近，低頻段非常接近， 僅在高頻段略有差異僅在高頻段略有差異 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)沖量相等而形狀不同的窄

2、脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上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)，其效果基本相同時(shí)，其效果基本相同沖量等效原理或面積等效原理沖量等效原理或面積等效原理3/41可互相代替可互相代替7.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)例如：例如：R-L電路電路不同輸入不同輸入 e(t) 時(shí)時(shí)輸出響應(yīng)為輸出響應(yīng)為 i (t) i (t) 的上升段的上升段(含含高頻分量高頻分量)略有不同，略有不同，i (t) 的下降段的下降段(含含低頻分量低頻分量)幾乎相同；幾乎相同；脈沖脈沖 e(t) 越窄，越窄， i (t) 的差異越??；的差異越??；4/417.1 PWM控制的基本原理控制的基本原

3、理 用一系列用一系列等幅不等寬等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波l 正弦半波正弦半波N等分，可看成等分，可看成N個(gè)彼個(gè)彼此相連的脈沖序列，寬度相等，此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；但幅值不等；l 用矩形脈沖代替，等幅不等寬，用矩形脈沖代替，等幅不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等；中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等；寬度按正弦規(guī)律變化；寬度按正弦規(guī)律變化；l SPWM波形波形脈沖寬度按正弦脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形；波形；要改變等效輸出正弦波幅值，要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可；按同一比例改變各脈沖寬度

4、即可；5/417.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理 用一系列用一系列等幅不等寬等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波l PWM波形可等效其他波形，波形可等效其他波形， 只要滿足面積等效原理即可。只要滿足面積等效原理即可。6/417.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制7.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法7.2.4 PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析7.2.5 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)7.2.6 空間矢量空間矢量SVPWM控制

5、控制 7.2.7 PWM逆變電路的多重化逆變電路的多重化7/41l 目前中小功率的逆變電路幾乎都采用目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)技術(shù)l 逆變電路是逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合l 本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體l PWM逆變電路也可分為逆變電路也可分為電壓型電壓型和和電流型電流型兩種，兩種， 目前實(shí)用的目前實(shí)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路逆變電路幾乎都是電壓型電路7.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法8/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 計(jì)算法計(jì)算法l 根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)

6、確計(jì)算根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算 PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開(kāi)波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開(kāi) 關(guān)器件的通斷，就可得到所需關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形；波形；l 繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)， 結(jié)果都要變化；結(jié)果都要變化；l 程序復(fù)雜，對(duì)硬件要求高。程序復(fù)雜，對(duì)硬件要求高。9/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 調(diào)制法調(diào)制法l 輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波；波；l 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；通常采用等腰三角波或鋸齒

7、波作為載波；l 等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系 且左右對(duì)稱；且左右對(duì)稱；l 與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷， 就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合PWM的要求；的要求；l 調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；波；l 調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效 的的PWM波；波；10/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)

8、算法和調(diào)制法 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路crfNf稱為稱為“載波比載波比”urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud11/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 單單極性極性PWM控制方法控制方法在調(diào)制信號(hào)在調(diào)制信號(hào) ur 的半周內(nèi)，三角形載波的半周內(nèi)，三角形載波 uc 只有正極性或負(fù)極性只有正極性或負(fù)極性控制邏輯控制邏輯 (由調(diào)制電路發(fā)出相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)由調(diào)制電路發(fā)出相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)) 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)ur正半周：當(dāng)正半周：當(dāng)uc ur時(shí)，時(shí)， u0 =0； 1、3 通、通、2、4 斷斷 當(dāng)當(dāng)uc ur時(shí)，時(shí)， u0 =-Ud ； 1、4 斷，斷，2、3 通通 當(dāng)當(dāng)uc u

9、r時(shí)，時(shí)， u0 =0 ； 2、4通、通、1、3斷斷12/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 單單極性極性PWM控制下的波形控制下的波形rcUMU稱為稱為“調(diào)制度調(diào)制度”urucuOwtOwtuouofuoUd- Ud13/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 雙雙極性極性PWM控制方法控制方法在調(diào)制信號(hào)在調(diào)制信號(hào) ur 的整個(gè)周期內(nèi)，三角形載波的整個(gè)周期內(nèi)，三角形載波 uc 只有正有負(fù)只有正有負(fù)控制邏輯控制邏輯 (由調(diào)制電路發(fā)出相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)由調(diào)制電路發(fā)出相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)) 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)ur ：當(dāng)：當(dāng)uc ur時(shí)，時(shí)， u0 =-Ud ； 1、4 斷，斷，2、3 通通14

10、/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 雙雙極性極性PWM控制下的波形控制下的波形urucuOwtOwtuouofuoUd- Ud15/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路圖6-7調(diào)制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2Ud調(diào)制法調(diào)制法 采用雙極性控制方式；采用雙極性控制方式； 三相的調(diào)制信號(hào)三相的調(diào)制信號(hào)urU、urV 和和 urW 依次相差依次相差120； 公用一個(gè)三角形載波信號(hào)公用一個(gè)三角形載波信號(hào) uc 。16/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)

11、制法 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路圖6-8ucurUurVurWuuUNuVNuWNuUNuUVUd-UdOwtOOOOOwtwtwtwtwt2Ud2Ud2Ud2Ud2Ud3Ud22Ud17/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法 計(jì)算法舉例計(jì)算法舉例l 特定諧波消去法特定諧波消去法(Selected Harmonic Elimination PWM)設(shè)三相橋式設(shè)三相橋式PWM逆變電路中的逆變電路中的 uUN 波形如下：波形如下： 為消除偶次諧波，要求輸出電壓關(guān)于為消除偶次諧波，要求輸出電壓關(guān)于p p 處鏡對(duì)稱；處鏡對(duì)稱；()()ututwwpwwp 為消除諧波中的余弦項(xiàng)，

12、要求輸出電壓在每個(gè)半波內(nèi)為消除諧波中的余弦項(xiàng)，要求輸出電壓在每個(gè)半波內(nèi) 關(guān)于軸線對(duì)稱關(guān)于軸線對(duì)稱()()ututwpwwpw這樣的波形，稱為這樣的波形，稱為“四分之一四分之一”周期對(duì)稱波形。周期對(duì)稱波形。OwtuoUd-Ud2ppa1a2a318/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法l 特定諧波消去法特定諧波消去法(Selected Harmonic Elimination PWM)在半個(gè)周期內(nèi)，器件開(kāi)通、關(guān)斷各在半個(gè)周期內(nèi)，器件開(kāi)通、關(guān)斷各3次，共有次，共有6個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻應(yīng)給予控制應(yīng)給予控制(不包括不包括0和和p p 處處)；只需計(jì)算出只需計(jì)算出a a1、a a2、a a3

13、即可；即可；由于對(duì)稱性，其他開(kāi)關(guān)時(shí)刻均可依由于對(duì)稱性，其他開(kāi)關(guān)時(shí)刻均可依a a1、a a2、a a3 求出；求出；OwtuoUd-Ud2ppa1a2a319/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法l “四分之一四分之一”周期對(duì)稱波形的傅立葉級(jí)數(shù)分解周期對(duì)稱波形的傅立葉級(jí)數(shù)分解1,3,5,()sinnnutan twwww12132324200200242()sin()sin()sin()224sin(4()sin()=()sin()sin()222122Tndddddautn t dtTUUn t dtn t dtUUn t dtn t dutn t dtudUtn tntta ap p

14、a aa ap pa aa ap pa awwwwwwwwwwwwwwp pwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwppppp p 123cos2cos2cosnnnaaaaaa20/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法l “四分之一四分之一”周期對(duì)稱波形的傅立葉級(jí)數(shù)分解周期對(duì)稱波形的傅立葉級(jí)數(shù)分解112351233123972313122(12cos2cos2cos)2(12cos522(12cos32cos32cos3)2(12ccos52cos5)052(12cos72cos72cos7)os920cos92c s9)97odddddUUUUUaaaaaaaap paaaaaaa

15、ap paaaaaaaap paaaaaaaap paaaaaaaap p 某一需要的值某一需要的值選選3個(gè)方程，聯(lián)立求解，即可求出個(gè)方程，聯(lián)立求解，即可求出a a1、a a2、a a3；21/417.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法l 推論推論 對(duì)于對(duì)于“四分之一四分之一” 周期對(duì)稱的周期對(duì)稱的PWM波，如果在輸出電壓半波，如果在輸出電壓半周期內(nèi)器件通、斷各周期內(nèi)器件通、斷各k次，則有次，則有k個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻是獨(dú)立的，其余個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻是獨(dú)立的，其余開(kāi)關(guān)時(shí)間均可以推導(dǎo)計(jì)算出來(lái)；開(kāi)關(guān)時(shí)間均可以推導(dǎo)計(jì)算出來(lái)； 除用一個(gè)自由度控制基波幅值外除用一個(gè)自由度控制基波幅值外(如以上的如以上的a a1)，可消

16、去，可消去k-1個(gè)個(gè)頻率的特定諧波頻率的特定諧波(如以上的如以上的a a5 、a a7 等等) ；OwtuoUd-Ud2ppa1a2a322/417.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制1、異步調(diào)制、異步調(diào)制l 載波比載波比N：載波頻率：載波頻率 fc 與調(diào)制信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率 fr 之比之比 反映了一個(gè)調(diào)制波反映了一個(gè)調(diào)制波 周期中包含的載波信號(hào)周期的個(gè)數(shù)；周期中包含的載波信號(hào)周期的個(gè)數(shù)；crfNfl改變調(diào)制信號(hào)頻率改變調(diào)制信號(hào)頻率 fr 時(shí)，不改變載波信號(hào)頻率時(shí)，不改變載波信號(hào)頻率 fc ，則載波，則載波比比N將發(fā)生變化，使得調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的頻率變化不保將發(fā)生變化，使得調(diào)制

17、信號(hào)和載波信號(hào)的頻率變化不保持同步，這種調(diào)制方式稱為持同步，這種調(diào)制方式稱為“異步調(diào)制異步調(diào)制”；23/417.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制1、異步調(diào)制、異步調(diào)制l 特點(diǎn)特點(diǎn)： fr 越低，一個(gè)調(diào)制周期中所含載波周期數(shù)越多；脈沖越多；越低，一個(gè)調(diào)制周期中所含載波周期數(shù)越多；脈沖越多； 一個(gè)調(diào)制周期中輸出脈沖數(shù)量不固定，相位也不固定；一個(gè)調(diào)制周期中輸出脈沖數(shù)量不固定，相位也不固定； 輸出電壓的正負(fù)半周中輸出脈沖不對(duì)稱；輸出電壓的正負(fù)半周中輸出脈沖不對(duì)稱； 輸出電壓的半周期中，前后輸出電壓的半周期中，前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱；周期的脈沖也不對(duì)稱；l 影響影響： 當(dāng)當(dāng) fr 較低

18、時(shí)，造成載波比較低時(shí)，造成載波比N較大，半周內(nèi)脈沖數(shù)較多，較大，半周內(nèi)脈沖數(shù)較多， 則特點(diǎn)則特點(diǎn) 產(chǎn)生的影響小，輸出波形接近正弦波；產(chǎn)生的影響小，輸出波形接近正弦波； 當(dāng)當(dāng) fr 較高時(shí)，造成載波比較高時(shí)，造成載波比N較小，半周內(nèi)脈沖數(shù)較少，較小，半周內(nèi)脈沖數(shù)較少， 則特點(diǎn)則特點(diǎn) 產(chǎn)生的影響大，輸出波形變壞，諧波含量增產(chǎn)生的影響大，輸出波形變壞，諧波含量增 大，輸出波形的對(duì)稱性也變差；大，輸出波形的對(duì)稱性也變差；24/417.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制2、同步調(diào)制、同步調(diào)制l變頻時(shí)，載波頻率變頻時(shí)，載波頻率 fc 與調(diào)制信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率 fr 同時(shí)改變，且載波比同時(shí)改變

19、，且載波比N保持不變，使調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的頻率變化保持同步，保持不變，使調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的頻率變化保持同步，這種調(diào)制方式稱為這種調(diào)制方式稱為“同步調(diào)制同步調(diào)制”；l例如，三相例如，三相PWM逆變電路中逆變電路中25/417.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制2、同步調(diào)制、同步調(diào)制l 特點(diǎn)特點(diǎn)： 調(diào)頻時(shí)，調(diào)制周期中輸出脈沖數(shù)量固定，相位也固定；調(diào)頻時(shí)，調(diào)制周期中輸出脈沖數(shù)量固定，相位也固定； 在三相電路中，載波比在三相電路中，載波比N為為3的倍數(shù)時(shí)，三相輸出波形的倍數(shù)時(shí)，三相輸出波形 對(duì)稱；對(duì)稱； 載波比載波比N為奇數(shù)時(shí)，每相輸出波形的正負(fù)半周為鏡對(duì)稱，為奇數(shù)時(shí)，每相輸出波形的正負(fù)

20、半周為鏡對(duì)稱， 可消去偶次諧波；可消去偶次諧波；l例如，三相例如，三相PWM逆變電路中逆變電路中26/417.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制2、同步調(diào)制、同步調(diào)制l缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 為保持同步，當(dāng)所需的輸出頻率較低時(shí)，則相應(yīng)的載波頻為保持同步，當(dāng)所需的輸出頻率較低時(shí)，則相應(yīng)的載波頻率低，在相同時(shí)間段中的脈沖數(shù)較少，輸出波形中的諧波率低，在相同時(shí)間段中的脈沖數(shù)較少，輸出波形中的諧波頻率低，不易濾波，使電機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲；頻率低，不易濾波，使電機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲； 當(dāng)所需的輸出頻率較高時(shí)，又會(huì)造成載波頻率過(guò)高，在相當(dāng)所需的輸出頻率較高時(shí)，又會(huì)造成載波頻率過(guò)高，在相同的時(shí)間

21、段中的脈沖數(shù)較多，而受到開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率同的時(shí)間段中的脈沖數(shù)較多，而受到開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率的限制；的限制；l例如，三相例如，三相PWM逆變電路中逆變電路中27/417.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制2、同步調(diào)制、同步調(diào)制l改進(jìn)措施改進(jìn)措施 在輸出頻率的范圍內(nèi)，采用在輸出頻率的范圍內(nèi)，采用“分段分段”的同步調(diào)制方法；的同步調(diào)制方法； 即把即把 fr 范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)部采用同步調(diào)制，范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)部采用同步調(diào)制，而不同頻段采用不同的載波比；而不同頻段采用不同的載波比； 在在 fr 高頻段，采用低載波比，不致使高頻段，采用低載波比，不致使 fc 過(guò)高

22、，而將過(guò)高，而將 fc 限制在限制在開(kāi)關(guān)器件所允許的范圍內(nèi)；開(kāi)關(guān)器件所允許的范圍內(nèi)； 在在 fr 低頻段，采用高載波比，不致使輸出脈沖數(shù)過(guò)少，而將低頻段，采用高載波比，不致使輸出脈沖數(shù)過(guò)少，而將輸出信號(hào)中的諧波限制在所允許的范圍內(nèi)；輸出信號(hào)中的諧波限制在所允許的范圍內(nèi)； 每個(gè)頻段中的載波比每個(gè)頻段中的載波比N 一般取一般取 3 的倍數(shù)且為奇數(shù)，以便形成的倍數(shù)且為奇數(shù)，以便形成四分之一周期對(duì)稱的輸出波形；四分之一周期對(duì)稱的輸出波形；28/417.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制3、分段同步調(diào)制、分段同步調(diào)制此頻率段的選擇，受功率開(kāi)關(guān)此頻率段的選擇，受功率開(kāi)關(guān)器件所允許的最高頻率限制；

23、器件所允許的最高頻率限制；采用單片機(jī)控制時(shí)，還受單片采用單片機(jī)控制時(shí)，還受單片機(jī)計(jì)算速度的限制；機(jī)計(jì)算速度的限制；一般大約在一般大約在1.42.0kHz之間；之間；在實(shí)際使用中，為防止切換頻在實(shí)際使用中，為防止切換頻率點(diǎn)處的頻率來(lái)回突變，常采率點(diǎn)處的頻率來(lái)回突變，常采用用“滯后切換滯后切換”方法。方法。29/417.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 SPWM波形的生成方法：波形的生成方法： 模擬電路模擬電路：用比較器對(duì)正弦調(diào)制波和三角形載波進(jìn)行比較，：用比較器對(duì)正弦調(diào)制波和三角形載波進(jìn)行比較， 以交點(diǎn)確定脈沖的寬度和間隔；以交點(diǎn)確定脈沖的寬度和間隔； 微機(jī)控制微機(jī)控制：編輯程序，計(jì)算出脈沖的寬度和

24、間隔，：編輯程序，計(jì)算出脈沖的寬度和間隔， 有：實(shí)時(shí)計(jì)算法、查表法；有：實(shí)時(shí)計(jì)算法、查表法； 專用集成芯片專用集成芯片：其中已有固化的程序，可直接輸出脈沖寬：其中已有固化的程序，可直接輸出脈沖寬 度和脈沖間隔可調(diào)的度和脈沖間隔可調(diào)的PWM信號(hào)，一般與信號(hào)，一般與 主控元件配套使用。主控元件配套使用。 前面所述：利用正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻來(lái)控制開(kāi)關(guān)前面所述：利用正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻來(lái)控制開(kāi)關(guān) 器件的通斷的控制方法，成為器件的通斷的控制方法，成為“自然采樣法自然采樣法”； 但確定脈寬的方程為超越方程，難以在實(shí)時(shí)控制但確定脈寬的方程為超越方程，難以在實(shí)時(shí)控制 中在線計(jì)算，工程應(yīng)用不多。

25、中在線計(jì)算，工程應(yīng)用不多。30/417.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法的計(jì)算公式規(guī)則采樣法的計(jì)算公式以單相為例以單相為例設(shè)正弦調(diào)制信號(hào)波為設(shè)正弦調(diào)制信號(hào)波為sinrruatw w調(diào)制度調(diào)制度M為正弦調(diào)制波峰值為正弦調(diào)制波峰值Ur與三與三角形載波峰值角形載波峰值Uc的比值，在此：的比值，在此：rcUMaUucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖6-12 規(guī)則采樣法 31/417.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法的計(jì)算公式規(guī)則采樣法的計(jì)算公式以單相為例以單相為例依據(jù)相似三角形依據(jù)相似三角形Dc1sin2/2/2ratTw wd dD(1sin)2crTat

26、dwdwcD1(1sin)24crTTatddwddwl改變調(diào)制度改變調(diào)制度a 值，即可改變輸出電值，即可改變輸出電壓壓 u0 的幅值；的幅值；l改變調(diào)制信號(hào)頻率改變調(diào)制信號(hào)頻率w wr，即可改變輸，即可改變輸出電壓出電壓u0的頻率。的頻率。ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖6-12 規(guī)則采樣法 32/417.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法的計(jì)算公式規(guī)則采樣法的計(jì)算公式以單相為例以單相為例實(shí)際計(jì)算時(shí)，令實(shí)際計(jì)算時(shí)，令D2,1,2,3,.,1rtkknnp pw w若載波比為若載波比為 3 的整數(shù)倍且為奇數(shù)的整數(shù)倍且為奇數(shù)時(shí)，只需計(jì)算前四分之一周期的時(shí)，只

27、需計(jì)算前四分之一周期的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d圖6-12 規(guī)則采樣法 33/417.2.3 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 三相三相SPWM波形的生成的規(guī)則采樣法波形的生成的規(guī)則采樣法DDD(1sin)21sin(120 )21sin(120 )2cUrcVrcWrTatTatTatdwdwdwdwdwdw32cUVWTd dd dd d 34cUVWTdddddd圖6-10ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud34/417.2.4 PWM逆變電路的諧波逆變電路的諧波分析分析結(jié)論結(jié)論 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路

28、雙極性調(diào)制方式下，雙極性調(diào)制方式下，諧波角頻率為諧波角頻率為crcrnkwwwwwwww，n=1,3,5,時(shí)，時(shí)，k=0,2,4, ，n=2,4,6,時(shí)，時(shí)，k=1,3,5, ； 故：故：PWM波中不含低次諧波，如波中不含低次諧波，如 kw wr 等；等； 只含有整數(shù)倍角頻率只含有整數(shù)倍角頻率 w wc 及其附近的諧波；及其附近的諧波； 幅值最高影響最大的是角頻率為幅值最高影響最大的是角頻率為w wc 的諧波分量。的諧波分量。1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-諧波振幅諧波振幅0.81.01.21.4kna=1.0a=0.8a =0.5a=0角頻率角頻率

29、(nw wc +kw wr)35/417.2.4 PWM逆變電路的諧波逆變電路的諧波分析分析結(jié)論結(jié)論 三相橋式三相橋式PWM逆變電路逆變電路1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-0.81.01.2kna=1.0a=0.8a=0.5a=0角頻率角頻率(nw wc +kw wr)諧波振幅諧波振幅公用一個(gè)載波信號(hào)，公用一個(gè)載波信號(hào)，雙極性調(diào)制方式下，雙極性調(diào)制方式下，諧波角頻率為諧波角頻率為crcrnkwwwwwwww，610,1,611,2,mmkmmn=1,3,5,時(shí)，時(shí)， k=3(2m-1), m=1,2,，n=2,4,6,時(shí)，時(shí)，故：故：PWM波中不含低

30、次諧波，如波中不含低次諧波，如 kw wr 等；等； 不含有整數(shù)倍角頻率不含有整數(shù)倍角頻率 w wc 的諧波；的諧波； 諧波幅值較高的角頻率為諧波幅值較高的角頻率為 w wc2w wr和和2w wcw wr 。36/417.2.5 提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù)提高直流電壓利用率和減少開(kāi)關(guān)次數(shù) 評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)PWM控制方法的基本標(biāo)志控制方法的基本標(biāo)志 輸出電壓波形中的輸出電壓波形中的諧波含量諧波含量； 直流電壓利用率直流電壓利用率 逆變電路輸出交流電壓的基波最大值逆變電路輸出交流電壓的基波最大值U1m與輸入直流與輸入直流 電壓電壓Ud之比；之比； 一個(gè)輸出電壓周期中功率器件的一個(gè)輸出電壓周期中功率

31、器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)開(kāi)關(guān)次數(shù)； 對(duì)于正弦波調(diào)制的三相對(duì)于正弦波調(diào)制的三相PWM逆變電路逆變電路若調(diào)制度若調(diào)制度 a 為為 1 時(shí)，時(shí)，直流電壓利用率直流電壓利用率 輸出相電壓基波幅值為輸出相電壓基波幅值為 ，直流電壓利用率為，直流電壓利用率為 0.5； 輸出線電壓基波幅值為輸出線電壓基波幅值為 ，直流電壓利用率為，直流電壓利用率為0.866；若調(diào)制度若調(diào)制度 a 小于小于 1 時(shí)，直流電壓利用率更低；時(shí)，直流電壓利用率更低；/2dU3/2dU37/417.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法7.4.1 PWM整流電路的工作原理整流電路的工作原理7.4.2 PWM整流電路的控制方法整流電

32、路的控制方法38/417.4 PWM整流電路及其控制方法整流電路及其控制方法引言引言 實(shí)用的整流電路幾乎都是晶閘管整流或二極管整流實(shí)用的整流電路幾乎都是晶閘管整流或二極管整流 晶閘管相控整流電路：輸入電流滯后于電壓，且其中晶閘管相控整流電路：輸入電流滯后于電壓，且其中 諧波分量大，因此功率因數(shù)很低諧波分量大，因此功率因數(shù)很低 二極管整流電路：雖位移因數(shù)接近二極管整流電路：雖位移因數(shù)接近1，但輸入電流中諧，但輸入電流中諧 波分量很大，所以功率因數(shù)也很低波分量很大，所以功率因數(shù)也很低 把逆變電路中的把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就形控制技術(shù)用于整流電路，就形 成了成了PWM整流電路整

33、流電路 控制控制PWM整流電路，使其輸入電流非常接近正弦波，整流電路，使其輸入電流非常接近正弦波， 且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為1，也稱單位功，也稱單位功 率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器39/41本章小結(jié)本章小結(jié)PWMPWM控制技術(shù)的地位控制技術(shù)的地位 PWMPWM控制技術(shù)是在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并控制技術(shù)是在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠(yuǎn)影響的一項(xiàng)技術(shù)。對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠(yuǎn)影響的一項(xiàng)技術(shù)。PWMPWM技術(shù)與器件的關(guān)系技術(shù)與器件的關(guān)系 IGBTIGBT、電力電力MOSFETMOSFET等為代表的全控型器件的不斷等為代表的全控型器件的不斷完善給完善給PWMPWM控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)?？刂萍夹g(shù)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)。PWMPWM控制技術(shù)用于直流斬波電路控制技術(shù)用于直流斬波電路 直流斬波電路實(shí)際上就是直流直流斬波電路實(shí)際上就是直流PWMPWM電路，是電路，是PWMPWM控控制技術(shù)應(yīng)用較早也成熟較早的一類電路，應(yīng)用于直流電制技術(shù)應(yīng)用較早也成熟較早的一類電路