电力电子技术第7章PWM控制技术.ppt
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1、 PWM控制的基本原理控制的基本原理7.2.PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 PWM控制的基本原理控制的基本原理7.2.PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法PWMPWM(Pulse Width ModulationPulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进控制就是对脉冲的宽度进控制就是对脉冲的宽度进控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要
2、波形(含形状和幅值)。地获得所需要波形(含形状和幅值)。地获得所需要波形(含形状和幅值)。地获得所需要波形(含形状和幅值)。PWMPWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,对逆变电路的控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,对逆变电路的控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,对逆变电路的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PWMPWM型逆变电路型逆变电路型逆变电路型逆变电路。P
3、WMPWM控制的思想源于通信技术,全控型器件的发展使得实现控制的思想源于通信技术,全控型器件的发展使得实现控制的思想源于通信技术,全控型器件的发展使得实现控制的思想源于通信技术,全控型器件的发展使得实现PWMPWM控制变得十分容易。控制变得十分容易。控制变得十分容易。控制变得十分容易。PWMPWM技术的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大提技术的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大提技术的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大提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。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。高
4、,因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。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。1)1)重要理论基础重要理论基础重要理论基础重要理论基础面积等效原理面积等效原理面积等效原理面积等效原理冲量冲量冲量冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其时,其时,其时,其效果基本相同效果基本相同效果基本相同效果基本相同。冲量冲量冲量冲量窄脉冲的面积窄脉冲的面积窄脉冲的面积窄脉冲的面积效果基本相同效果基本相同效果基本相同效果基本相同环节的输出响应波形基
5、本相同环节的输出响应波形基本相同环节的输出响应波形基本相同环节的输出响应波形基本相同图图图图7-1 7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲形状不同而冲量相同的各种窄脉冲形状不同而冲量相同的各种窄脉冲形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)d)d)d)单位脉冲函数单位脉冲函数单位脉冲函数单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)a)a)a)矩形脉冲矩形脉冲矩形脉冲矩形脉冲b)b)b)b)三角形脉冲三角形脉冲三角形脉冲三角形脉冲c)c)c)c)正弦半波脉冲正弦半波脉冲正弦半波脉冲正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)冲量相等的各种窄脉冲的响应波形冲量相等的各种窄脉冲的响应波形冲量相等的各种窄脉冲的响
6、应波形冲量相等的各种窄脉冲的响应波形具体的实例说明具体的实例说明具体的实例说明具体的实例说明“面积等效原理面积等效原理面积等效原理面积等效原理”a)e e(t)(t)电压窄脉冲,是电路的输入。电压窄脉冲,是电路的输入。电压窄脉冲,是电路的输入。电压窄脉冲,是电路的输入。i i(t)(t)输出电流,是电路的响应。输出电流,是电路的响应。输出电流,是电路的响应。输出电流,是电路的响应。如何用一系列如何用一系列如何用一系列如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波来代替一个正弦半波来代替一个正弦半波来代替一个正弦半波?若要改变等效输出正弦若要改变等
7、效输出正弦若要改变等效输出正弦若要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改波幅值,按同一比例改波幅值,按同一比例改波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可。变各脉冲宽度即可。变各脉冲宽度即可。变各脉冲宽度即可。OutSPWMSPWM波波波波OutOut 用用用用PWMPWM波代替正弦半波波代替正弦半波波代替正弦半波波代替正弦半波将正弦半波看成是由将正弦半波看成是由将正弦半波看成是由将正弦半波看成是由N N个彼此相连的脉冲宽度为个彼此相连的脉冲宽度为个彼此相连的脉冲宽度为个彼此相连的脉冲宽度为 /N/N,但幅值,但幅值,但幅值,但幅值顶部是顶部是顶部是顶部是曲线曲线曲线曲线且大小按且大小按且大小按且大小
8、按正弦规律变化正弦规律变化正弦规律变化正弦规律变化的脉冲序列组成的。的脉冲序列组成的。的脉冲序列组成的。的脉冲序列组成的。把上述脉冲序列利用相同数量的把上述脉冲序列利用相同数量的把上述脉冲序列利用相同数量的把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽等幅而不等宽等幅而不等宽等幅而不等宽的矩形脉冲代的矩形脉冲代的矩形脉冲代的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,这就是形脉冲
9、和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,这就是形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,这就是形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,这就是PWMPWM波形波形波形波形。对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWMPWM波形。波形。波形。波形。脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWMPWM波形,波形,波形,波形,也称也称也称也称SPWMSPWM
10、(Sinusoidal PWMSinusoidal PWM)波形)波形)波形)波形。PWMPWM波形可分为波形可分为波形可分为波形可分为等幅等幅等幅等幅PWMPWM波波波波和和和和不等幅不等幅不等幅不等幅PWMPWM波波波波两种,由直流电两种,由直流电两种,由直流电两种,由直流电源产生的源产生的源产生的源产生的PWMPWM波通常是等幅波通常是等幅波通常是等幅波通常是等幅PWMPWM波。波。波。波。等幅等幅等幅等幅PWMPWM波波波波 不等幅不等幅不等幅不等幅PWMPWM波波波波 OwtUd-UdUot 基于等效面积原理,基于等效面积原理,基于等效面积原理,基于等效面积原理,PWMPWM波形还可
11、以等效成其他所需要的波波形还可以等效成其他所需要的波波形还可以等效成其他所需要的波波形还可以等效成其他所需要的波形,如等效所需要的非正弦交流波形等。形,如等效所需要的非正弦交流波形等。形,如等效所需要的非正弦交流波形等。形,如等效所需要的非正弦交流波形等。PWM控制的基本原理控制的基本原理7.2.PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 调制法调制法 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 调制法调制法 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 调制法调制法调制法调制法 把希望输出的波形作为把希望输出的波形作为把希望输出的波形作为把希望输出的波形作为调制信号调制信号调制信号调制信号,把接受调制
12、的信号作为,把接受调制的信号作为,把接受调制的信号作为,把接受调制的信号作为载载载载波波波波,通过信号波的调制得到所期望的,通过信号波的调制得到所期望的,通过信号波的调制得到所期望的,通过信号波的调制得到所期望的PWMPWM波形。波形。波形。波形。通常采用通常采用通常采用通常采用等腰三角波等腰三角波等腰三角波等腰三角波或或或或锯齿波锯齿波锯齿波锯齿波作为载波,其中等腰三角波应作为载波,其中等腰三角波应作为载波,其中等腰三角波应作为载波,其中等腰三角波应用最多。用最多。用最多。用最多。图图图图7-4 7-4 单相桥式单相桥式单相桥式单相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路逆变电路逆变电路 阻感负载阻
13、感负载阻感负载阻感负载图图图图7-4 7-4 单相桥式单相桥式单相桥式单相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路逆变电路逆变电路 单相桥式单相桥式单相桥式单相桥式PWMPWM逆变电路(调制法)逆变电路(调制法)逆变电路(调制法)逆变电路(调制法)电路工作过程电路工作过程电路工作过程电路工作过程工作时工作时工作时工作时V1V1和和和和V2V2通断互补通断互补通断互补通断互补,V3V3和和和和V4V4通断也互补通断也互补通断也互补通断也互补,比如在,比如在,比如在,比如在u uo o正正正正半周,半周,半周,半周,V1V1导通,导通,导通,导通,V2V2关断,关断,关断,关断,V3V3和和和和V4V4交
14、替通断。交替通断。交替通断。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,负载电流比电压滞后,在电压正半周,电流有一段区间为正,负载电流比电压滞后,在电压正半周,电流有一段区间为正,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。一段区间为负。一段区间为负。一段区间为负。在负载电流为正的区间,在负载电流为正的区间,在负载电流为正的区间,在负载电流为正的区间,V V1 1和和和和V V4 4导通时,导通时,导通时,导通时,u uo o=U=Ud d。V V4 4关断时,负载电流通过关断时,负载电流通过关断时,负载电流通过关断时,负载电流通过V V1 1和和和
15、和VDVD3 3续流,续流,续流,续流,u uo o=0 0。图图图图7-4 7-4 单相桥式单相桥式单相桥式单相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路逆变电路逆变电路 在负载电流为负的区间,仍为在负载电流为负的区间,仍为在负载电流为负的区间,仍为在负载电流为负的区间,仍为V V1 1和和和和V V4 4导通时,因导通时,因导通时,因导通时,因i io o为负,故为负,故为负,故为负,故i io o实际上从实际上从实际上从实际上从VD1VD1和和和和VD4VD4流过,仍有流过,仍有流过,仍有流过,仍有u uo o=U=Ud d。V4V4关断,关断,关断,关断,V3V3开通后,开通后,开通后,开通后,
16、i io o从从从从V3V3和和和和VD1VD1续流,续流,续流,续流,u uo o=0 0。u uo o总可以得到总可以得到总可以得到总可以得到U Ud d和零两种电平。和零两种电平。和零两种电平。和零两种电平。在在在在u uo o的负半周,让的负半周,让的负半周,让的负半周,让V2V2保持保持保持保持通态,通态,通态,通态,V1V1保持断态,保持断态,保持断态,保持断态,V3V3和和和和V4V4交替通断,负载电压交替通断,负载电压交替通断,负载电压交替通断,负载电压u uo o可以得可以得可以得可以得到到到到-U-Ud d和和和和零零零零两种电平。两种电平。两种电平。两种电平。urucuO
17、wtOwtuouofuoUd-Ud图图图图7-5 7-5 单极性单极性单极性单极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形控制方式波形控制方式波形 单极性单极性单极性单极性PWMPWM控制方式控制方式控制方式控制方式 调制信号调制信号调制信号调制信号u ur r为正弦波,载波为正弦波,载波为正弦波,载波为正弦波,载波u uc c在在在在u ur r的正半周为的正半周为的正半周为的正半周为正极性正极性正极性正极性的三角波,的三角波,的三角波,的三角波,在在在在u ur r的负半周为的负半周为的负半周为的负半周为负极性负极性负极性负极性的三角波。的三角波。的三角波。的三角波。在在在在u ur r的正半
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