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第三节逆变器的PWM控制 为何采用PWM控制？ 为何采用PWM控制？ 为何采用PWM控制？ 为何采用PWM控制？ PWM基本原理 把一个正弦半波分作N等分，然后把每一等分的正弦曲线和横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。 PWM基本原理 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周等效。 上页图中一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出PWM波形。 由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，符合逆变器的电能直交变换模式。 SPWM原理 SPWM原理 SPWM的原理为在控制电路中调制，在主电路中输出。在控制电路中，一个频率为fr幅值为Ur的参考正弦波Wsin（调制信号）加载于频率为fc幅值为Uc的三角波WΔ（载波）后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM波Wspwm（已调制波），用已调制波的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即可使逆变器输出与已调制波Wspwm相似的SPWM电压波形，SPWM输入输出原理框图如下页所示： 调制度M：为正弦调制波参考信号幅值Urm与三角载波幅值Ucm之比，用公式表示为： 载波比N：为三角载波频率fc与正弦调制波参考信号频率fr之比，用公式表示为： SPWM分类 从调制脉冲的极性上 单极性脉宽调制：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 双极性脉宽调制：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 SPWM分类 从载频信号和参考信号的频率关系 异步调制：载波信号和调制信号不同步的调制方式。 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。 分段同步调制：把 fr 范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同； 单极性SPWM波形 单极性SPWM波形 当参考电压高于三角波电压时，相应输出电压为正电平，反之则产生零电平。 负半轴是用同样的方法调制后再倒相而成。 调制结果是产生等幅、不等宽的脉冲列。 逆变器主电路能对电机绕组的进线端提供三个不同的电位值 （参考点可任选取） 双极性SPWM波形 双极性SPWM调制方法和单极性相同； 双极性控制时逆变器同一桥臂上下两个器件交替通断，处于互补的工作方式。主电路提供 两个电位值。 双极性SPWM波形 双极性SPWM波形数学分析 双极性SPWM波形电压表达式为 写成傅立叶级数形式为 双极性SPWM波形数学分析 记作 式中 双极性SPWM波形数学分析 依据上页理论基础，可计算不同调制比M时的基波及主要高次谐波的相对值。 定义 通过同样的多次计算，在载波比N足够大，调制系数 时，可以得到以下结论： 双极性SPWM波形数学分析 a）基波分量与调制系数成正比，即 说明只要改变参考正弦波的幅值，就可以改变输出spwm波形中基波分量幅值，且该幅值与调制系数成正比，这就为准确控制输出电压的基波值打下了基础。 b）小于（N－2）次的谐波电压全部为零，消除了（N－2）次以下全部较低次数的高次谐波。 双极性SPWM谐波分析 双极性SPWM谐波分析 双极性SPWM谐波分析 SPWM脉宽调制方法 同步调制 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； 三相电路中公用一个三角波载波，且取 N 为3的整数倍，使三相输出对称 SPWM脉宽调制方法 同步调制（续） 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。 SPWM脉宽调制方法 异步调制 整个输出频率范围内载波比N不为常数，一般是保持载波频率始终不变，这样可使低频时载波比增大，输出半周期内脉冲数增加，解决了较低次数的高次谐波问题； 不能在整个输出频率范围内满足N为3的倍数的要求，会使输出电压波形相位随时变化，难以保证正、负半波以及三相之间的对称性，会引起偶次谐波等其他问题。 SPWM脉宽调制方法 异步调制（续） 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； SPWM脉宽调制方法 异步调制（续） 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