六章节PWM控制技术.ppt
《六章节PWM控制技术.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《六章节PWM控制技术.ppt(55页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1,第六章 PWM控制技术,引言 6.1 PWM控制的基本原理 6.2 PWM逆变电路及其控制方法 6.3 PWM跟踪控制技术 6.4 PWM整流电路及其控制方法 本章小结,2,第六章 PWM控制技术 引言,PWM(Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术:即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效的获得所需要的波形(含形状和幅值)。第3、4章已涉及到PWM控制,第3章直流斩波电路采用的就PWM技术;第4章的4.1斩控式调压电路和4.4矩阵式变频电路都涉及到了。,3,第六章 PWM控制技术 引言,PWM控制的思想源于通信技术,全控型器件的发展使得实现PWM控制变得十分
2、容易。PWM技术的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大提高,因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术,因此,本章和第5章(逆变电路)相结合,才能使我们对逆变电路有完整地认识。,4,6.1 PWM控制的基本思想,1)重要理论基础面积等效原理,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。,5,6.1 PWM控制的基本思想,b),图6-2 冲量相等的各种窄脉冲的响应波形,具体的实例说明“面积等效原理”,a),u(t)电压窄脉冲,是电路的输入
3、。i(t)输出电流,是电路的响应。,6,6.1 PWM控制的基本思想,如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,7,6.1 PWM控制的基本思想,若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。,SPWM波,如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,8,6.1 PWM控制的基本思想,对于正弦波的负半周,采取同样的方法,得到PWM波形,因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为:,根据面积等效原理,正弦波还可等效为下图中的PWM波,而且这种方式在实际应用中更为广泛。,9,6.1 PWM控制的基本思想,10,6.1 PWM控制的基本思想,2)PWM电流波 电流型逆变电路进行PWM
4、控制,得到的就是PWM电流波。,11,6.2 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。,12,6.2 PWM逆变电路及其控制方法,6.2.1 计算法和调制法 6.2.2 异步调制和同步调制 6.2.3 规则采样法 6.2.4 PWM逆变电路得谐波分析 6.2.5 提高直流电压利用和减少开关次数 6.2.6 PWM逆变电路的多重化,13,6.2.1 计算法和调制法,1)计算法,根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数
5、,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。本法较繁琐,当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时,结果都要变化。,14,6.2.1 计算法和调制法,工作时V1和V2通断互补,V3和V4通断也互补。以uo正半周为例,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。,2)调制法,图64 单相桥式PWM逆变电路,结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明,15,6.2.1 计算法和调制法,2)调制法,图64 单相桥式PWM逆变电路,V4关断时
6、,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。,16,6.2.1 计算法和调制法,3)单极性PWM控制方式(单相桥逆变),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,请同学们自己分析。,图6-5 单极性PWM控制方式波形,在ur和uc的交点时刻控制IGB
7、T的通断。,17,6.2.1 计算法和调制法,3)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,其幅值只有Ud两种电平。同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制器件的通断。ur正负半周,对各开关器件的控制规律相同。,当ur uc时,给V1和V4导通信号,给V2和V3关断信号。如io0,V1和V4通,如io0,VD2和VD3通,uo=-Ud。,图6-6 双极性PWM控制方式波形,在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。,18,6.2.1 计算法和调制法,对照上述两图可以看出,单相桥式电路既可采取单极性调制,也可采用双极性调制,由于对开
8、关器件通断控制的规律不同,它们的输出波形也有较大的差别。,19,6.2.1 计算法和调制法,4)双极性PWM控制方式(三相桥逆变),图6-7 三相桥式PWM型逆变电路,20,6.2.1 计算法和调制法,图6-7 三相桥式PWM型逆变电路,图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形,下面以U相为例分析控制规律:,当urUuc时,给V1导通信号,给V4关断信号,uUN=Ud/2。当urUuc时,给V4导通信号,给V1关断信号,uUN=-Ud/2。当给V1(V4)加导通信号时,可能是V1(V4)导通,也可能是VD1(VD4)导通。uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2两种电平。uUV波形可由uUN
9、-uVN得出,当1和6通时,uUV=Ud,当3和4通时,uUV=Ud,当1和3或4和6通时,uUV=0。,21,6.2.1 计算法和调制法,输出线电压PWM波由Ud和0三种电平构成负载相电压PWM波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和0共5种电平组成。防直通的死区时间同一相上下两臂的驱动信号互补,为防止上下臂直通而造成短路,留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定。死区时间会给输出的PWM波带来影响,使其稍稍偏离正弦波。,图6-7 三相桥式PWM型逆变电路,图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形,22,6.2.1 计算法和调制法,5)特定谐波消去法(Sel
10、ected Harmonic Elimination PWMSHEPWM),这是计算法中一种较有代表性的方法。输出电压半周期内,器件通、断各3次(不包括0和),共6个开关时刻可控。为减少谐波并简化控制,要尽量使波形对称。,23,6.2.1 计算法和调制法,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/2为轴线对称(6-2),同时满足式(6-1)、(6-2)的波形称为四分之一周期对称波形,用傅里叶级数表示为(6-3)式中,an为,24,6.2.1 计算法和调制法,图6-9,能独立控制a1、a 2和a 3共3个时刻。该波形的an为 式中n=1,3,5,确定a1的值,再令两个不同的
11、an=0(n=1,3,5),就可建三个方程,求得a1、a2和a3。,图6-9 特定谐波消去法的输出PWM波形,25,消去两种特定频率的谐波,6.2.1 计算法和调制法,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。,(65),26,6.2.1 计算法和调制法,一般在输出电压半周期内,器件通、断各k次,考虑到PWM波四分之一周期对称,k个开关时刻可控,除用一个自由度控制基波幅值外,可消去k1个频率的特定谐波。k的取值越大,开关时刻的计算越复杂。除计算法和调制法外,还有跟
12、踪控制方法,在6.3节介绍。,27,6.2.2 异步调制和同步调制,根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况,PWM调制方式分为异步调制和同步调制。,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脉冲不对称的影响就变大,28,6.2.2 异步调制和同步调制,2)同步调制,载波信号和调制信号保持同步的调制方式,当变频时使载波与信号波保持同步,即N等于
13、常数。,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。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。,29,6.2.2 异步调制和同步调制,3)分段同步调制异步调制和同步调制的综合应用。,把整个fr范围划分成若干个频段,每个频段内保持N恒定,不同频段的N不同。在fr高的频段采用较低的N,使载波频率不致过高;在fr低的频段采用较高的N,使载波频率不致过低。,为防止fc在切换点附近来回跳动,采用滞后切换的方法。同步调制比
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 章节 PWM 控制 技术
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5331381.html