第六章PWM控制电路.ppt

《电力电子技术》电子教案 第6章 PWM控制技术 引言 PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，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3、4章已涉及这方面内容 第3章：直流斩波电路采用 第4章有两处： 4.1节 斩控式交流调压电路， 4.4节 矩阵式变频电路 本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术 6.1 PWM控制的基本原理 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时，其效果基本相同 冲量指窄脉冲的面积 效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同 波形基本相同含义：低频段非常接近，仅在高频段略有差异 6.1 PWM控制的基本原理 一个实例 图6-2a的电路 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图6-1a、b、c、d所示 电路输出：i(t)，图6-2b 面积等效原理 6.1 PWM控制的基本原理 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等 宽度按正弦规律变化 6.1 PWM控制的基本原理 等幅PWM波和不等幅PWM波 由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波 如直流斩波电路及本章主要介绍的PWM逆变电路，6.4节的PWM整流电路 输入电源是交流，得到不等幅PWM波 4.1节讲述的斩控式交流调压电路，4.4节的矩阵式变频电路 基于面积等效原理进行控制，本质是相同的 6.2.1 计算法和调制法 计算法 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形 繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化 调制法 输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波 等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称 6.2.1 计算法和调制法 与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求 调制信号波为正弦波时，得到的就是 SPWM波 调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波 6.2.1 计算法和调制法 结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明 ：工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补 6.2.1 计算法和调制法 控制规律 uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断， uo总可得到Ud和零两种电平 uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断 uo可得 -Ud和零两种电平 6.2.1 计算法和调制法 单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断 ur正半周，V1保持通，V2保持断 当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud 当uruc时使V4断，V3通，uo=0 ur负半周，V1保持断，V2保持通 当uruc时使V3通，V4断，uo=-Ud 当uruc时使V3断，V4通，uo=0 虚线uof表示uo的基波分量 6.2.2 异步调制和同步调制 载波比——载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制 1. 异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式 通常保持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，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称 当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小 当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大 6.2.2 异步调制和同步调制 2. 同步调制——N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步 基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定 为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数 fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除 fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受 6.2.3 规则采样法 按SPWM基本原理，自然采样法 要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多 规则采样法特点 工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多 6.2.3 规则采样法 规则采样法原理 图6-12，三