电力电子课件（丘东元版）7 PWM控制技术.pptVIP

2010 第7章 PWM控制技术 丘东元 目 录 引言 7.1 PWM控制的基本原理 7.2 PWM逆变电路及其控制方法 7.3 PWM跟踪控制技术 7.4 PWM整流电路及其控制方法 本章小结 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） 采用PWM控制技术的电路 引 言 PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。 7.1 PWM控制的基本原理 -- 面积等效原理 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－－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 面积等效原理的实例验证 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图7-1a、b、c、d所示 电路输出：i(t)，图7-2b i(t)的上升段略有不同，但下降段几乎完全相同。 经傅立叶级数分解， i(t)在低频段的特性非常接近，仅在高频段有所不同 用PWM波代替正弦半波 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 PWM波形和正弦半波是等效的 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 PWM波形的分类 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 输入电源是交流，得到不等幅PWM波 基于面积等效原理进行控制，本质是相同的 PWM控制的基本原理 PWM波形可等效的各种波形 直流斩波电路得到的PWM波：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 7.2 PWM逆变电路及其控制方法 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 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 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 7.2.1 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 特定谐波消去法（Selected Harmonic Elimination PWM -- SHEPWM） 计算法中一种较有代表性的方法 通过安排适当的开关角，在满足输出基波电压的条件下，消除不希望有的谐波分量。 以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的，通过计算来确定各个脉冲的开关时刻，目的仍是使输出波形尽可能接近正弦波。 用模拟电路难以实现 特定谐波消去法 为减少谐波并简化控制，要尽量使波形对称 首先，为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜对称，即 其次，为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期内前后1/4周期以p/2为轴线对称 特定谐波消去法 四分之一周期对称波形，用傅里叶级数表示为 式中，an为 特定谐波消去法 输出电压半周期内，器件通、断各3次（不包括0和p），共6个开关时刻可控。波形四分之一周期对称，特定谐波消去法能独立控制a1、a2和a3共3个时刻。该波形的an为 特定谐波消去法 确定a1的值，再令两个不同的an=0，就可建三个方程，求得a1、a2和a3 在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波相互抵消，可考虑消去5次和7次谐波，得如下联立方程： 给定a1，解方程可得a1、a2和a3。a1变，a1、a2和a3也相应改变 特定谐波消去法 一般，在输出电压半周期内器件通、断各k次，考虑PWM波四分之一周期对称，k个开关时刻可控，除用一个控制基波幅值，可消去k－1个频率的特定谐波 k越大，开关时刻的计算越复杂 规则采样法 自然采样法的基本原理 按SPWM基本原理，在正弦波与三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，以得到与正弦波等效的PWM信号 等腰三角波的任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称 但采用微机控制时，需要求解复杂的超越方程，需要大量的计算