第4章 逆变电路(3)
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1、1济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-30第四章直流/ /交流逆变器复习上节内容复习上节内容PWM控制技术控制技术PWM 控制就是控制就是脉宽调制技术脉宽调制技术主要理论主要理论面积等效原理面积等效原理一、一、PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法1. 计算法计算法2. 调制法调制法 把希望把希望输出输出的波形作为的波形作为调制信号调制信号，把接受调制的，把接受调制的信号作为信号作为载波载波，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PWM波形。波形。 2济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-301）单极性）单极性PWM控制方式控制方式单极性单极性PW
2、MPWM控制方式波形控制方式波形ucuruOtOtuouofuoUd-Ud在在ur和和uc的交点时刻控制的交点时刻控制IGBT的通断的通断3济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-30在在ur的半个周期内，三角波的半个周期内，三角波载波有正有负，所得载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有波也有正有负，其幅值只有Ud 两种电平。两种电平。双极性双极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形uOtOtuouofuoUd-Uduruc2） 双极性双极性PWM控制方式控制方式4济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-303. 双极性双极性PWM控制方式控制方式（三相桥逆变）（三相桥逆
3、变） 三相桥式三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路 三相桥式三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路5济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-301. 异步调制异步调制: 载波信号和调制信号不同步的调制方式载波信号和调制信号不同步的调制方式二、异步调制和同步调制二、异步调制和同步调制载波比：载波频率载波比：载波频率fc与调制信号频率与调制信号频率fr之比，之比，N= fc / fr 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为调制方式分为异步调制异步调制和和同步调制同步调制。 通常保持通常保持fc固定不变，当固定不变，当fr变化时，载
4、波比变化时，载波比N是变是变化的。化的。6济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-304-6 当当fr较低时，较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产脉冲不对称产 生的不利影响都较小。生的不利影响都较小。 当当fr增高时，增高时，N减小，一周期内的脉冲数减减小，一周期内的脉冲数减少，少，PWM脉冲不对称的影响就变大。脉冲不对称的影响就变大。 在信号波的半周期内，在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不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，半周期内前后称，半周期内前后1/4周期周期 的脉冲也不对称
5、。的脉冲也不对称。7济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-30载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频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，即时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。等于常数。urUucurVurWuuUNUd 2uVNO uWNOOttttO2Ud同步调制三相同步调制三相PWM波形波形4-72. 同步调制同步调制 基本同步调制方式，基本同步调制方式，fr 变化时变化时N不变，信号波一不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。周期内输出脉冲数固定。 三相电路中公用一个三相电路中公用一个三角波载波，且取三角波载波，且取N为为3的整数倍，使三相
6、输出的整数倍，使三相输出对称。对称。8济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-30urUucurVurWuuUNUd 2uVNO uWNOOttttO2Ud同步调制三相同步调制三相PWM波形波形4-8 为使一相的为使一相的PWM波波正负半周镜对称，正负半周镜对称，N应应取奇数。取奇数。 f r很高时，很高时，f c会过高，会过高，使开关器件难以承受。使开关器件难以承受。 fr很低时，很低时，fc也很低，也很低，由调制带来的谐波不易由调制带来的谐波不易滤除。滤除。9济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-303. 分段同步调制分段同步调制异步调制和同步调制的综合应用。异步调制和同步调
7、制的综合应用。把整个把整个fr范围划分成若干范围划分成若干个频段，每个频段内保持个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段的恒定，不同频段的N不不同。同。在在fr高的频段采用较低的高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；，使载波频率不致过高；在在fr 低的频段采用较高的低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。，使载波频率不致过低。00.40.81.21.62.410203040fr /Hz506070802011479969453321fc /kHz分段同步调制方式举例分段同步调制方式举例4-910济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-30三、三、规则采样法规则采样法 1. 自然采样法
8、：自然采样法：按照按照SPWM控制的基本原理控制的基本原理 产生的产生的PWM波的方法，其求波的方法，其求 解复杂，难以在实时控制中解复杂，难以在实时控制中 在线计算，工程应用不多。在线计算，工程应用不多。ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22规则采样法规则采样法2. 规则采样法规则采样法工程实用方法，效果接近自工程实用方法，效果接近自 然采样法，计算量小得多。然采样法，计算量小得多。4-3011济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-30三角波两个正峰值之间为一个采样周三角波两个正峰值之间为一个采样周期期Tc 。 自然采样法中，脉冲中点不和三角波自然采样法中，脉冲中点不和三
9、角波(负峰点负峰点)重合。重合。规则采样法使两者重合，使计算大规则采样法使两者重合，使计算大 为减化。为减化。如图所示确定如图所示确定A、B点，在点，在tA和和tB时刻时刻控制开关器件的通断。控制开关器件的通断。脉冲宽度和用自然采样法得到的脉冲脉冲宽度和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。宽度非常接近。3. 规则采样法原理规则采样法原理ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22规则采样法规则采样法4-1112济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-304. 规则采样法计算公式推导规则采样法计算公式推导正弦调制信号波正弦调制信号波ur a sin rt三角波一周期内，脉冲两边间隙宽
10、度三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度a称为称为调制度调制度，0a1； r为信号波角频率为信号波角频率从图从图可可得得：ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22规则采样法规则采样法2/22/sin1cDrTta)sin1 (2DrctaT)sin1 (4)(21DrcctaTT13济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-30四、谐波分析四、谐波分析双极性双极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形 tO tu ou ofuoU d- U d 单极性单极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形u ru cuOuOtOtuouofuo Ud-Ud使用载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关使
11、用载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关的谐波分量。的谐波分量。谐波谐波频率和幅值频率和幅值是衡量是衡量PWM逆变电路性能的重要逆变电路性能的重要指标之一。指标之一。14济南大学物理学院济南大学物理学院2022-5-301. 特定谐波消去法特定谐波消去法 是是计算法计算法中一种较有代表性的方法。中一种较有代表性的方法。 如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各各k次，考虑到次，考虑到PWM波四分之一周期对称，共有波四分之一周期对称，共有k个个开关时刻可以控制，除去用一个自由度来控制基波幅开关时刻可以控制，除去用一个自由度来控制基波幅值外，可以值外，
