单双极性PWM波形调制方法.doc

PWM波形调制方法 图6-20 二重PWM型逆变电路 14.0 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） 直流斩波电路采用 斩控式交流调压电路，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 也介绍PWM整流电路 14.1 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 低频段非常接近，仅在高频段略有差异 图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 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 图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 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 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形 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 图6-3 用PWM波代替正弦半波 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逆变电路和PWM整流电路 输入电源是交流，得到不等幅PWM波 如斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路 基于面积等效原理进行控制，本质是相同的 PWM电流波 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波 PWM波形可等效的各种波形 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形 还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理 14.2 PWM逆变电路及其控制方法 目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合 本节内容构成了本章的主体 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路 14.2.1 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 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 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 控制规律 uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断 负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负 负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0 负载电流为负的区间， V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0 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 图6-4 单相桥式PWM逆变电路 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 图6-5 单极性PWM控制方式波形 双极性PWM控制方式（单相桥逆变） 在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负 在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平 仍在调制信号u