第6章 PWM控制技术.ppt

采用滞环比较控制方式的电流跟踪PWM逆变电路具有硬件构成简单，电路实时控制，电流响应快；不需要用载波，逆变电路输出不含特定频率的谐波；控制系统为闭环控制等优点。缺点：和计算法和调制法PWM控制相比，同等开关频率时其输出电流的谐波较多；逆变电路开关管的工作频率在输出周期内是变化，且负载参数变化，电路工作频率也会变化。为此需要及时了解电路工作频率变化情况，避免电路工作频率过高，超过开关器件的承受范围。滞环比较控制方式同样可以应用于对逆变电路输出电压的控制。考虑到逆变电路输出电压为PWM波形，为实现电压给定信号与实际输出电压进行比较控制，需要将逆变电路输出电压预先进行滤波，获得其中基波分量，让基波分量与电压给定信号进行比较，其差值送入滞环比较器实施逆变电路开关管通断控制，所获得的输出电压滤去谐波之后几乎与电压给定信号相同，从而实现逆变电路输出电压的跟踪控制。（2）三角波比较控制方式三角波比较控制方式与滞环比较控制方式不同，它不是将指令电流信号与负载电流之间的差值送滞环比较器以控制逆变电路开关管的通断，而是将其偏差值送入放大器进行放大，将放大之后的差值信号与三角载波信号进行比较，所产生的PWM控制信号控制逆变电路开关管的通断。控制目标是使指令电流与负载电流的偏差值趋近于零，即，从而使负载电流等于指令电流，实现负载电流的跟踪控制。电路控制结构如图6-37所示。图6-37三角波比较电流跟踪控制逆变电路图中，三相电流指令信号、、和逆变电路输出的电流、、分别进行比较，其偏差值通过放大器A进行放大，再和三角载波信号进行比较，产生的PWM信号决定逆变电路开关管的通断，控制着负载电流向与指令电流偏差值减小的方向变化，直至其偏差趋近于零，负载电流等于指令电流。按照自动控制理论，电路的响应，或者说负载电流与指令电流之间的偏差值与放大器（为调节器）参数密切相关。当放大器输出输入之间为比例关系时（放大倍数为常数），电路稳定后，指令电流与实际负载电流之间将存在差值（偏差，或静差），系统稳定运行也是因为有该差值的存在。当放大器的输出输入之间为比例积分关系时，电路稳定后，指令电流与实际负载电流之间的差值将趋于零。这是因为积分环节的放大倍数随着时间推移逐步增大，最后趋于无穷，系统偏差趋于零。电路控制时，电路响应与放大器参数之间存在密切关系，需要根据负载的参数情况合适选择。（3）定时比较控制方式考虑到滞环比较控制逆变电路工作过程中，开关管工作频率是变化的。逆变电路输出电压、电流谐波频率在一定范围内变化，增加了滤波电路设计难度，对开关管工作上限频率有要求。根据滞环比较控制控制思想，实际控制过程中，不采用实时比较控制方式，而是设置一个控制时钟，以固定采样周期对指令信号、被控对象进行采样。根据采样结果，计算出两者差值，根据差值确定逆变电路开关管通断状态，使实际对象参量跟踪指令信号。如图6-38所示。图6-38定时比较控制电流跟踪控制图中，定时时间到来时，控制系统采样实际电流及指令电流，若实际电流小于指令电流，指定VT1开通，VT2关断，电源向负载供电，电流增加。若实际电流大于指令电流，指定VT2开通，VT1关断，负载向电源回馈电感储能，电流减小。每次的定时采样控制均是使实际电流与指令电流之间的误差减小，实际电流跟踪给定电流变化，完成跟踪控制。该定时比较控制方式，逆变电路开关管的工作频率为定时时钟频率的1/2，具有和滞环比较控制方式相似的响应特性，但其控制精度没有滞环比较控制方式高。PWM技术在多种变流电路中获得应用，如直直变换电路、PWM逆变（变频）电路等。在直直变换电路中，指令控制信号是缓变的直流电压信号，PWM脉冲宽度与指令信号幅值成正比，直直变换电路输出电压与指令控制信号幅值成比例。PWM逆变（变频）电路中，正弦交流指令与三角载波信号进行调制（模拟或数字方式），获得PWM控制信号，该控制信号驱动逆变电路开关管工作，逆变电路输出与指令信号成正比的交流电压、电流。目前工业应用的整流电路基本上是相控整流或二极管整流。但相控整流电路输入功率因数较低，且随着控制角的增大，功率因数更低。同时输入电流谐波含量较大，对电力系统及邻近电器设备有影响，也影响着变换电路输入功率因数。即便是二极管整流，虽然其位移因数接近于1，但因谐波存在，电路输入功率因数也是较低的。6.4PWM控制的应用实例─PWM整流电路将PWM控制技术应用于整流电路，便构成PWM整流电路。采用PWM控制，整流电路的输入电流可以接近于正弦波，且可以和输入电压同相，获得接近于1的功率因数，被称为高功率因数整流电路。6