第七讲23pwm控制基础.ppt

第二章 电力电子变频器及PWM控制原理 山东大学 2.3 PWM控制基础 采用晶闸管元件的六脉波PAM变频调速系统在运行中存在如下问题： （1）整流和逆变需要两套晶闸管元件，主电路开关元件较多，装置庞大； （2）低频时网侧功率因数低，谐波高，对电网污染大； （3）由于中间直流环节大惯性元件存在，使系统的动态响应缓慢； （4）逆变器输出谐波分量大，产生较大的脉动转矩，低速时尤为严重。 2.3 PWM控制基础 PAM控制 它是把变压（VV）与变频（VF）分开完成，前面的环节用来改变直流电压的幅值，后面的环节用来改变逆变器输出的频率，这种分别控制直流电压幅值和交流输出频率的方法称为脉冲幅值调制方式（Pulse Amplitude Modulation）方式，简称PAM控制方式； 2.3 PWM控制基础 2.3 PWM控制基础 随着自关断型电力电子器件（如GTO、GTR、IGBT、MOSFET等）、微电子技术及微计算机技术的发展，采用脉宽调制（PWM）控制技术的变频调速器蓬勃发展起来。PWM变频器基本解决了常规六脉波变频器中存在的问题，成为现代交流调速技术发展最快的一个领域。 PWM控制 它是把变压（VV）与变频（VF）集中于逆变器完成，即前面为不可控整流器，中间直流电压恒定，而后由逆变器同时完成变压与变频，逆变器采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的方式，简称PWM控制方式。 2.3 PWM控制基础 按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation，SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。 以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。 注意: （1）PWM脉冲特点：高度相等，中心矩相等，但宽度呈正弦变化； （2）SPWM波仍有高次谐波，但幅值较大的低次谐波都被消除或被有效地抑制了； （3）PWM控制方式，要求使用高开关频率的电力电子元件； （4） PWM技术在本质上是变压技术而不是变频技术，是一种区别于PAM的调压方式。 2.3.1 PWM控制原理 在PWM控制中，一般定义调制比为 式中，Urm 是正弦调制波的幅值；Ucm是三角载波的幅值。 通常M在0~1之间变化，以调节输出电压的幅值。 2.3.2 PWM变频器 3个参考信号互差120°且共用一个载波信号。 调频原理： 改变参考波频率，即可调节SPWM波的基波频率； 调压原理： 改变参考波幅值，即可调节SPWM波的宽度，从而改变输出电压的有效值； PWM和PAM控制的区别 （1）逆变器的开关采用全控型器件，只有一个功率级； （2）采用不控整流，电网功率因数与负载电压无关，而接近于1； （3）动态响应与直流环节无关，响应快； （4）能消除或抑制低次谐波，因而转矩脉动小，大大扩展了电动机的调速范围。 2.3.3.同步调制与异步调制 3. 同步调制与异步调制 载波比——载波频率 fc与调制信号频率 fr 之比N，即 N = fc / fr 根据载波和信号波是否同步即载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。 （1）同步调制 同步调制——N 等于常数，即在变频时使载波频率和信号波频率成正比变化。 fr 变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定； 特点： 三相公用一个三角波载波，且取 N 为3的整数倍，使三相输出对称； fr 很低时，fc 也很低，脉冲间距大，谐波显著增加； fr 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承受。 2.3.3.同步调制与异步调制 同步调制三相PWM波形 （2）异步调制 异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式。 保持 fc 固定不变，当 fr 变化时，载波比 N 是变化的； 在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称。 异步调制的特点： 1) 低频时（ fr 较低），N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响较小，所以低频时相应地减小了谐波分量；