现代电力传动理论与技术——第二讲幻灯片.pptx

1 现代电力传动理论与技术 二O一五年三月 2 第2章 电力电子变换器的调制 2.1 引言 目前，在电机驱动中大多采用电压源型变换器，主要利用直流侧的电容来暂时存储电能 通过电力电子器件的开关可调制直流电压，最终产生可变电压和可变频率的波形 调制器的作用是：在用户给定输入的基础上对电力电子开关器件产生所需的开关信号 为此，引入对电压的时间积分，而这又与采样平均电压U(tk)相关 式中 Ts为给定采样周期，u(t)为单相负载上的瞬时电压 2-1 3 第2章 电力电子变换器的调制 2.1 引言 以上述方式来控制变换器装置有助于准确控制电流，此时负载由用户定义的平均参考电压 供电 若考虑电感L和电阻R形式的线圈负载中一个采样周期内的磁链增量，此时磁链增量可写为： 相应的负载电流的增量变化（一个采样周期内）可写为： 2-2 2-3 4 第2章 电力电子变换器的调制 由此可推导为： 忽略磁性饱和效应，根据2-2，2-3式可以表示为： 根据2-5，控制增量电流的核心问题就是调制器在每个采样时刻下满足以下条件的能力 5 第2章 电力电子变换器的调制 上式2-6表明变换器的开关状态必须由调制器控制，以保证平均电压与用户定义的平均参考电压相等。 2.2 单相半桥变换器 半桥变换器包括两个由调制器控制的开关与单相负载Z相连，如图 Z由L和R并与电源e串联电路形式的负载阻抗 两个理想开关分别由逻辑信号Swt和Swb控制 逻辑1对应于导通，逻辑0对应于关断 Fig2.1具有电源和调制器的两个开关半桥变换器 6 第2章 电力电子变换器的调制 2.2 单相半桥变换器 4种可能的开关组合：如表2.1所示 Table 2.1半桥变换器开关状态 在表2.1中的4个状态中，必须避免在电压源变换器中发生击穿模式（Shoot-through mode)，以防止电源短路 空闲模式(Idle mode)通常用使变换器无效，剩下的两个有效开关状态（对应激活模式）互补，因此可以由单个逻辑状态Sw表示： 7 第2章 电力电子变换器的调制 半桥变换器的输出电压波形如图2.2所示 采样时刻为 设t=tk-1时刻开关函数Swt为0，并在 t=tk-1+t r时变为逻辑状态1 下一个采样间隔内的t=tk+t f 时刻Swt为0 ，且在t r时Sw上升，而在t f 时Sw下降 每两个采样周期内开关序列重复，其中t r时Sw上升，而在t f 时Sw下 Fig2.2半桥变换器下每个采样周期时刻平均电压的变化 由于负载电压波形的上升沿和下降沿随 t r和t f 时的函数变化，所以该调制方法称为双极性PWM 8 第2章 电力电子变换器的调制 由式2-1可得到相应的平均电压函数U(t r)和U(t f) 根据式2-7，两个采样间隔内的平均电压函数和用户定义参考值如图2.3所示： 式中 uDC为图2.1中变换器的直流母线电压 上述波形构成调制器一个运行周期 TPWM=2TS=1/fPWM 9 第2章 电力电子变换器的调制 所需开关状态Sw可通过用户定义的参考平均电压 和式2-7定义的平均电压函数相比较获得，使得t r和t f 时必须满足式2-6的条件 图中u(t)波形中绿色和蓝色区域分别表示变换器产生的实际电压时间之积 图中给出了一个调制器工作周期内开关Sw的状态，其中红色间隔对应逻辑1 Fig2.3半桥变换器下双极性PWM策略 10 第2章 电力电子变换器的调制 双极性PWM半桥变换器的通用模型如图2.4所示 具有2个A/D模块，分别与参考平均电压值U*（来自控制器）和测量的直流母线电压uDC值（来自变换器模块）相连 采样直流电压乘以增益1/2获得最大采样平均电压值uDC /2，该值与三角函数相乘得到2-7中定义的函数U(t) Fig2.4 双极性PWM半桥变换器的通用模型 利用求和模块对两个平均电压U 和U*进行比较，其输出ɛ用于比较模块，其传递函数为： 若ɛ0 ，则比较器输出=1 若ɛ0 ，则比较器输出=0 比较器的输出即开关函数Sw 2-8a 2-8b 11 第2章 电力电子变换器的调制 2.3 单相全桥变换器(Single-Phase Full-Bridge Converter) 在介绍全桥变换器之前，先引入两个调制参数：调幅比mA和调频比mf 2-9 2-10 式中 为平均相电压参考值的峰值 式中f *为正弦变化的平均参考电压信号的频率；fPWM为图2.3中三角波的频率，是采样频率fs=1/Ts的一半 12 第2章 电力电子变换器的调制 Fig2.5 H桥变换器 全桥变换器也称H桥变换器，由2.3中的两个半桥变换器构成 假设具有一个单相负