电力拖动自动控制系统第二十六讲.pptVIP

第二十六讲 要求：1.掌握SPWM波产生的原理； 2.掌握消除指定次数谐波的方法； 3.掌握电流滞环跟踪控制技术； 4.掌握环宽与器件开关频率之间的关系； 5.理解空间矢量概念及其产生方法 6.4?变压变频调速系统中的 脉宽调制(PWM)技术 早期的交-直-交变压变频器所输出的交流波形都是六拍阶梯波（对于电压型逆变器）或矩形波（对于电流型逆变器） 这是因为当时逆变器只能采用半控式的晶闸管，其关断的不可控性和较低的开关频率导致逆变器的输出波形不可能近似按正弦波变化，从而会有较大的低次谐波，使电机输出转矩存在脉动分量，影响其稳态工作性能，在低速运行时更为明显。 为了改善交流电动机变压变频调速系统的性能，在出现了全控式电力电子开关器件之后，科技工作者在20世纪80年代开发了应用PWM技术的逆变器。 由于它的优良技术性能，当今国内外各厂商生产的变压变频器都已采用这种技术，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才属例外。 6.4.1?正弦波脉宽调制(SPWM)技 术 1、PWM调制原理 ①载波和调制波 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） ②SPWM波 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，如图6－18。 图6-18 PWM调制原理 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，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。 2、SPWM控制方式 如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。 如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。 3、PWM逆变器主电路及输出波形 图6-19为三相桥式PWM逆变器主电路，图中N为电机三相绕组的中性点，N’为直流电源正负极之间的中性点。 在主电路器件的不同开关状态下，N与N’间电位经常是不同的。 图6-20为三相PWM波形，其中 ura、urb、urc为A，B，C三相的正弦调制波，ut为双极性三角载波； uAO′、uBO′、uCO′为A，B，C三相输出与电源中性点O’之间的相电压矩形波形； uAB为输出线电压矩形波形，其脉冲幅值为+Ud或－Ud ； uAO为三相输出与电机中点N之间的相电压。 6.4.2?消除指定次数谐波的PWM (SHEPWM)控制技术 脉宽调制（PWM）的目的是使变压变频器输出的电压波形尽量接近正弦波，减少谐波，以满足交流电机的需要。要达到这一目的，除了上述采用正弦波调制三角波的方法以外，还可以采用直接计算的。 1、指定谐波消去法原理 图6-21中各脉冲起始与终了相位α1，α2，… α2m方法，以消除指定次数的谐波，构成近似正弦的PWM波形（Selected Harmonics Elimination PWM―SHEPWM）。 对图6-21的PWM波形作傅氏分析可知，其k次谐波相电压幅值的表达式为 （6-26） 式中Ud―变压变频器直流侧电压； αi―以相位角表示的PWM波形第i个起始或终了时刻。 2、指定谐波消去法应用 ①从理论上讲 要消除第k次谐波分量，只须令式（6-26）中的Ukm，并满足基波幅值为所要求的电压值，从而解出相应的值即可。 ②实际上 然而，图6-21的输出电压波形为一组正负相间的PWM波，它不仅半个周期对称，而且有1/4周期按纵轴对称的性质。在1/4周期内，有m个值，即m个待定参数，这些参数代表了可以用于消除指定谐波的自由度。 其中除了必须满足的基波幅值外，尚有（m-1）个可选的参数，它们分别代表了可消除谐波的数量。 例如，取m=5，可消除4个不同次数的谐波。 常常希望消除影响最大的5、7、11、13次谐波，就让这些谐波电压的幅值为零，并令基波幅为需要值，代入式（6-26）可得一组三角函数的联立方程。 上述5个参数可采用数值法迭代，在上述方程组求解出开关时刻