电力电子技术基础 教学课件 作者邢岩 第6章 脉冲宽度调制技术.ppt

第六章 脉冲宽度调整技术 6.1概述 6.2正弦PWM 6.3空间矢量脉宽调制 6.4跟踪型PWM 6.5减小谐波的措施 6.1概述 PWM （Pulse Width Modulation）控制就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（包括形状和幅值）。 PWM控制的功能----将信息电路计算出来的输出参考信号转换成对应的控制信号，来控制电力电子器件的导通与断开，从而得到期望的输出信号。 PWM控制技术的优点：控制简单、灵活、动态响应好。 PWM应用范围：交、直流载波电力、整流电路、逆变电路。 6.2正弦PWM 6.2.1 SPWM原理 6.2.2 SPWM波形的生成方法 6.2.3 SPWM波形的软件生成方法 6.2.4 SPWM波形的电子电路生成方法 6.2.5 SPWM波形的谐波分析 6.2.6 SPWM模式优化技术 6.2.1SPWM原理 面积等效原理----PWM控制技术的重要理论基础： 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其输出效果基本相同。冲量即窄脉冲的面积。 SPWM波形 把正弦半波分成n等份得到由n个彼此相连 的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度 相等，都等于π/n，但幅值不等，且脉冲 顶部不是水平直线，这些脉冲的幅值按正 弦规律变化。如果把上述脉冲序列用相同数量的等幅而不等宽的方波脉冲代替，使方波脉冲的中点和相应正弦脉冲波的中点重合，且使两者相对于时间轴面积相等，就得到脉冲序列。这就是PWM波，这些PWM脉冲幅值相等，而宽度按照正弦规律变化。根据面积等效原理，PWM波和正弦半波对惯性负载是等效的。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，称为SPWM（Sinusoidal PWM）波形。 要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。 被调制的信号可以是任意形状的波形，它们的实现原理与SPWM相同，即面积等效原理。 6.2.2 SPWM的生成方法 1.直接计算法 直接计算法是指通过计算每个控制周期内调制波与时间轴之间的垂直面积，按面积等效原理计算出对应控制周期内PWM脉冲（幅度一般都可事先得到）的宽度。 缺点：当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位动态变化时，或需要输出的波形不能事先确定，只能实时计算得到时，就需要实时计算每个控制周期PWM波的宽度和动作时刻，这时直接计算法相当繁琐。 优点：可以做到精确计算。 2.载波调制法 载波调制法是把希望输出的波形作为调制信号，与载波进行比较，从而得到期望的PWM波形。 载波通常采用等腰三角波或锯齿波的形式。 腰线上任一点的水平宽度与高度成线性关系。 在调制波与载波的交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。 载波调制法是一种近似方法。载波调制法的优点是计算简单，即使是需要输出的波形比较复杂，也仅需要根据调制波与载波的相交点在三角形中的高度求出相应的宽度即可。 2.载波调制法 ----单相桥式PWM逆变电路 2.载波调制法 ----单相桥式PWM逆变电路 2.载波调制法 ----三相桥式 PWM逆变电路 当UrUUc时，VT1导通，VT4关断uuN’= Ud/2。 当UrUUc时，VT4导通, VT1关断uuN’= -Ud/2。 VT1和VT4的驱动信号互补。给VT1和（VT4）加 驱动信号时，可能是VT1（VT4 )导通， 也可能是VD1（VD4）续流导通。 uUN = uUN’- （uUN’+ uVN’+ uWN’）/2 可见负载相电压的PWM波有（±2/3）Ud , （±1/3）Ud 和 0一共5种电平。 载波频率与调制信号频率之比，称为载波比。可分为同步调制和异步调制。 （1）同步调制：载波比N不变，即一个信号周期内含有固定数目的载波周期，当调制信号频率变化时，需调整载波频率，使载波与调制信号始终保持同步。 优点：在输出信号频率变化的范围内，皆可保持输出波形的正、负半波完全对称，只有奇次谐波存在。 缺点：当调制信号的频率很低时，每个信号周期内的PWM脉冲数过少，低次谐波分量较大。如果负载为电动机，就会产生较大的转矩脉动和噪声。 实际应用中多采用分段同步调制方式，即在低频运行时，使载波比有级地增大，在有级地改变一个信号周期内PWM脉冲数目的同时，仍保持其半波和三相的对称关系。 （2）异步调制：采用固定不变的载波频率，即载波信号不随调制参考信号做同步变化。 优点：是当参考信号频率较低时，载波比较高，低频输出特性好，当负载为电动机时，低频转矩脉动和噪声小。 缺点：当调制信号频率变化时，难以保证载波比为整数，特别是能被3整除的数，因而不