電力電子技術(shù)課件07.ppt

第7章 PWM控制技術(shù),7.1 PWM控制的基本原理 7.2 PWM逆變電路及其控制方法,第六章 PWM控制技術(shù),PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。 第5章直流斬波電路實際上采用的就是PWM技術(shù)；第6章的6.1斬控式調(diào)壓電路和6.4矩陣式變頻電路都有涉及。,引言,第六章 PWM控制技術(shù),PWM控制的思想源于通信技術(shù)，全控型器件的發(fā)展使得實現(xiàn)PWM控制變得十分容易。 PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻?，F(xiàn)在大量應(yīng)用于逆變電路中，中小功率逆變電路幾乎都是PWM型逆變電路。 PWM控制技術(shù)正是依賴于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。 本章和第4章（逆變電路）相結(jié)合講解，進一步加深我們對逆變電路和PWM控制技術(shù)的認識。,引言,6-4,PWM的基本原理 PWM控制方式 PWM在逆變電路中的應(yīng)用（電壓型） PWM調(diào)制方式,第六章 PWM控制技術(shù),掌握內(nèi)容,7.1 PWM控制的基本原理,1）重要理論基礎(chǔ)（面積）等效原理,沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。,返回,7.1 PWM控制的基本原理,b),圖6-2 沖量相等的各種窄脈沖的響應(yīng)波形,具體的實例說明“面積等效原理”,a）,e (t)電壓窄脈沖，是電路的輸入 。 i (t)輸出電流，是電路的響應(yīng)。,返回,SPWM波,7.1 PWM控制的基本原理,如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波,返回,7.1 PWM控制的基本原理,若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。,SPWM波,如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波,返回,面積（沖量)相等，中點重合，寬度按正弦規(guī)律變化。,等幅,7.1 PWM控制的基本原理,對于正弦波的負半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波為：,根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實際應(yīng)用中更為廣泛。,返回,7.1 PWM控制的基本原理,返回,7.1 PWM控制的基本原理,2）PWM電流波 電流型逆變電路進行PWM控制，得到的就是PWM電流波。,返回,7.2 PWM逆變電路及其控制方法,目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)。 逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合。 本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體。 PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。,返回,7.2 PWM逆變電路及其控制方法,7.2.1 計算法和調(diào)制法 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制,返回,7.2.1 計算法和調(diào)制法,1）計算法,根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。 本法較繁瑣，當輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化。,返回,7.2.1 計算法和調(diào)制法,將信號波與載波進入調(diào)制電路調(diào)制，調(diào)制電路的輸出信號作為開關(guān)器件的驅(qū)動信號。 把希望輸出的波形作為信號波ur, 常用等腰三角波作為載波uc,2）調(diào)制法,圖74 單相橋式PWM逆變電路,結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調(diào)制法進行說明,返回,7.2.1 計算法和調(diào)制法,2）調(diào)制法,圖74 單相橋式PWM逆變電路,V4關(guān)斷時，負載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0 負載電流為負的區(qū)間， V1和V4仍導(dǎo)通，io為負，實際上io從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud 。 V4關(guān)斷V3開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0。 uo總可得到Ud和零兩種電平。 uo負半周，讓V2保持通，V1保持斷，V3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平。,返回,7.2.1 計算法和調(diào)制法,對照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。,返回,6-18,電路的實現(xiàn)：,因為目前實際應(yīng)用的PWM逆變電路幾乎全為電壓型逆變電路，所以這里我們以電壓型逆變電路為例，結(jié)合PWM在逆變電路中的應(yīng)用體現(xiàn)電路的實現(xiàn)。,（單向全橋PWM逆變電路）,關(guān)鍵在于調(diào)制電路,7.2.1 計算法和調(diào)制法,返回,6-19,（1）單極性SPWM（SSPWM）,特點：載波uc 在ur正半周，都用正極性三角波， 在負半周都用負極性三角波。,在正半周， ur 大于uc時，相應(yīng)的器件開通，U0=Ud,當ur 小于uc時，相應(yīng)的器件關(guān)斷U0=0,在負半周， ur 大于uc時，相應(yīng)的器件關(guān)斷U0=0,當ur 小于uc時，相應(yīng)的器件開通， U0= -Ud,在調(diào)制信號ur 的半個周期內(nèi)，三角波uc只在一個方向上變化，得到的SPWM波形也只在一個方向上變化，故稱之為單極性SPWM。,圖7-5單極性PWM控制方式波形,7.2.1 計算法和調(diào)制法,返回,6-20,7.2.2 分析幾種調(diào)制電路,電路（1）,返回,6-21,（1）當Vr大與Vc時，根據(jù)調(diào)制電路分析，器件是何工作狀態(tài)？,（2）當Vr小與Vc時，根據(jù)調(diào)制電路分析，器件是何工作狀態(tài)？,7.2.2 分析幾種調(diào)制電路,電路（2）,返回,6-22,（2）雙極性SPWM（BSPWM）,雙極性PWM控制方式波形,特點：載波Uc在調(diào)制波Ur的正負兩個半周期內(nèi)，都在正負兩個方向變化，不再單一了。調(diào)制波Ur仍為正弦波。,在Uc與Ur的交點時刻控制各器件的通斷。,輸出的SPWM 波形在兩個方向變化，故稱之為雙極性SPWM。,7.2.2 分析幾種調(diào)制電路,返回,6-23,請同學(xué)分析。,7.2.2 分析幾種調(diào)制電路,電路（3）,返回,7.2.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制,根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。,通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比N是變化的 在信號波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱 當fr較低時，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小 當fr增高時，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大,返回,7.2.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制,2） 同步調(diào)制,載波信號和調(diào)制信號保持同步的調(diào)制方式，當變頻時 使載波與信號波保持同步，即N等于常數(shù)。,基本同步調(diào)制方式，fr變化時N不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。 三相電路中公用一個三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱。 為使一相的PWM波正負半周鏡對稱，N應(yīng)取奇數(shù)。 fr很低時，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。 fr很高時，fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。,返回,7.2.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制,3）分段同步調(diào)制 異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用。,把整個fr范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段的N不同。 在fr高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高；在fr低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低。,為防止fc在切換點附近來回跳動，采用滯后切換的方法。 同步調(diào)制比異步調(diào)制復(fù)雜，但用微機控制時容易實現(xiàn)。 可在低頻輸出時采用異步調(diào)制方式