文档介绍：第7章 PWM控制技术
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
引言
■PWM(Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。
■第5章的直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术,第6章中涉及到PWM控制技术的地方有两处,,。
■PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,对逆变电路的影响也最为深刻,现在大量应用的逆变电路中,绝大部分都是PWM型逆变电路。
2/60
PWM控制的基本原理
■面积等效原理
◆是PWM控制技术的重要理论基础。
◆原理内容:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。
☞冲量即指窄脉冲的面积。
☞效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。
☞如果把各输出波形用傅里叶变换分析,则其低频段非常接近,仅在高频段略有差异。
◆实例
☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入,加在图7-2a所示的R-L电路上,设其电流i(t)为电路的输出,图7-2b给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
3/60
PWM控制的基本原理
■用PWM波代替正弦半波
◆将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度为/N,但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。
◆把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,这就是PWM波形。
◆对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。
◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形,也称SPWM(Sinusoidal PWM)波形。
■PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种,由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。
■基于等效面积原理,PWM波形还可以等效成其他所需要的波形,如等效所需要的非正弦交流波形等。
图7-3 用PWM波代替正弦半波
4/60
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逆变电路的谐波分析
提高直流电压利用率
和减少开关次数
空间矢量SVPWM控制
PWM逆变电路的多重化
5/60
计算法和调制法
■计算法
◆根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数,将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出来,按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的PWM波形,这种方法称之为计算法。
◆计算法是很繁琐的,当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时,结果都要变化。
■调制法
◆把希望输出的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。
◆通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波,其中等腰三角波应用最多。
6/60
计算法和调制法
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
■单相桥式PWM逆变电路(调制法)
◆电路工作过程
☞工作时V1和V2通断互补,V3和V4通断也互补,比如在uo正半周,V1导通,V2关断,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。
√在负载电流为正的区间,V1和V4导通时,uo=Ud。
√V4关断时,负载电流通过V1和VD3续流,uo=0。
√在负载电流为负的区间,仍为V1和V4导通时,因io为负,故io实际上从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总可以得到Ud和零两种电平。
☞在uo的负半周,让V2保持通态,V1保持断态,V3和V4交替通断,负载电压uo可以得到-Ud和零两种电平。
阻感负载
7/60
计算法和调制法
u
r
u
c
u
O
w
t
O
w
t
u
o
u
of
u
o
U
d
-
U
d
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
图7-5 单极性PWM控制方式波形
◆单极性PWM控制方式
☞调制信号ur为正弦波,载波uc在ur的正半周为正极性的三角波,在ur的负半周为负极性的三角波。
☞在ur的正半周,V1保持通