电力电子技术（康伟）kPE课件8.2p1.pptVIP

§8.3 PWM控制的基本原理 PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。 1）重要理论基础——面积等效原理 将正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替。使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等。 各脉冲的幅值相等，宽度按正弦规律变化。PWM波形和正弦半波等效，即面积等效原理。 三点式PWM：又称作单极性PWM ，总是单极性跃变。整个波形包含有三种电平，即+Ud/2，0V，-Ud/2，所以又被称作三电平（Three Level）PWM。脉冲个数越多,正弦脉宽变化越平滑,则越逼近正弦,谐波亦越小。即开关频率高,则波形好,滤波容易。 两点式PWM波形 (双极性PWM) 对应于正弦波的每个半周都是双极性跳变的脉冲序列，在正负两电平间跳变(Two Level)。脉宽按正弦规律变化，在每个等份上的正负面积之代数和(平均面积)按正弦规律变化，即符合面积等效原理。 各脉冲的占空比按正弦规律变化：在0~t1这一等份上，对应的正弦波瞬时值为正值，脉冲占空比应大于50%，正、负面积的平均值为正值。在正弦波过零点近旁，脉冲占空比应接近等于50%，使正、负面积的平均值趋于零。在负半周各等份上对应的脉冲占空比均小于50%。 PWM基波 ? 平均面积变化波形 两点式PWM波形不如三点式波形更逼近正弦： 要达到同样的基波、谐波成分要求，两点式PWM需要更高的开关频率，每半周脉冲个数N要增大。 三点式PWM采用较低的开关频率可以获得较好的波形质量，故开关损耗小，更适用于大功率逆变器。 8.4 PWM逆变电路及其控制方法 PWM逆变主电路也可分为电压型和电流型两种类型。但目前电压型PWM应用较多。主要讲述电压型PWM逆变电路的控制方法。 计算法控制：根据正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，计算PWM波形中各脉冲的宽度和间隔时间。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。计算法很繁琐，难以实时在线计算。 调制法：把希望输出的波形作为调制信号，接受调制的信号作为载波，通过载波来承载信息。通常采用载频三角波比较法。 载频三角波比较法: 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。等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，在波形交点时刻对控制开关器件的通断，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。 通过调制波与三角形载波比较来获得PWM控制信号。 8.4.1 单相半桥逆变电路的PWM控制 调制系数：m=Urm/Ucm ，通常在0~1之间。 改变基波电压有效值的方法：改变PWM调制比m。比如正半周正脉宽度随Urm↓而变窄，故平均面积减小，基波幅度减小。 定量关系需经复杂计算。 8.4.2 三相桥式逆变电路的PWM控制 * 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 窄脉冲的面积 效果基本相同 环节的输出响应波形基本相同 图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 d)单位脉冲函数 f ( t ) d ( t ) t O a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 t O t O t O f ( t ) f ( t ) f ( t ) b) 图2 冲量相等的各种窄脉冲的响应波形 具体的实例说明“面积等效原理” a） u (t)－电压窄脉冲，是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是电路的响应。 O u ωt SPWM波 O u ωt 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 O u ωt 若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。 O u ωt SPWM波 O u ωt 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 O u ωt -Ud/2 +Ud/2 ?t ?t u uo Goback 2电平PWM 2电平PWM 图8-21 两点式（双极性）PWM波形 ? t +Ud/2 -Ud/2 t1 0 uo Goback 2电平PWM 3电平PWM Goback 载频三角波比较法及半桥输出波形 Goback 半桥逆变器 *