第5章 无源逆变电路PWM基础

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1、第五章第五章 直交变频电路直交变频电路第一节第一节 SPWMSPWM 基础基础脉宽调制是用高度相同，宽度不等的矩形脉冲列去脉宽调制是用高度相同，宽度不等的矩形脉冲列去逼近一个所需要的电压或电流波形。逼近一个所需要的电压或电流波形。幅值调制比：幅值调制比：正弦信号的幅值与三角波信号的幅值正弦信号的幅值与三角波信号的幅值之比，用之比，用m ma a表示。表示。频率调制比：频率调制比：三角波信号的频率与正弦信号的频率三角波信号的频率与正弦信号的频率之比，用之比，用m mf f表示。表示。m mf f也称为载波比。也称为载波比。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师单极性调制与双极性调制单极性调制

2、与双极性调制+1-1单极性脉宽调制所得到的单极性脉宽调制所得到的PWMPWM信号有正、负和信号有正、负和0 0三种三种电平。双极性脉宽调制所得到的电平。双极性脉宽调制所得到的PWMPWM信号只有正负信号只有正负两种电平。两种电平。异步调制与同步调制异步调制与同步调制仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师20110020304050607021334569991470.41.61.20.82.42.0基频基频仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师分段同步调制分段同步调制将逆变器的工作频率范围划分为若干个频率段，在将逆变器的工作频率范围划分为若干个频率段，在每个频率段保持频率调制比为常数。

3、每个频率段保持频率调制比为常数。开关频率开关频率ucut-T/2+T/2T0ucut-T/2+T/2T0脉宽调制波形的脉宽调制波形的优化选择优化选择性的性的谐谐波波消除消除适当改适当改变波形的宽度或变波形的宽度或开适当开适当宽度的宽度的“缺口缺口” 可以消可以消除除波形波形中特定中特定的的谐谐波。波。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师SPWMSPWM的算法的算法自然采自然采样样法法和和规则规则采采样样法法u(wt) =U nm sinnwt2由付立叶级由付立叶级数数npUnm = p (Ud /2)sinnwtd(wt)0要要消除某次谐消除某次谐波，波，使该次谐使该次谐波电压的波电压的

4、积积分为分为零即零即可可。从积从积分的分的意义上看意义上看，就就是是使谐使谐波波面积面积为为零零。例例如原如原波形波形中中有有3 3次次和和5 5次次，若，若改改变脉冲宽度变脉冲宽度则消除了则消除了3 3次次、5 5次次 。这这种种方方法不法不能能同同时消除几时消除几个个谐谐波波t02tt02t仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师npt02tt加加，5 5次就被消除次就被消除。波。波形形叠加叠加的的结果就结果就是在是在原原波形波形上上“开开”了了一个一个“槽槽”。所。所以通过开沟槽以通过开沟槽能够消除谐能够消除谐波。波。当当在在原原波形波形上开上开一个一个槽时根据槽时根据付立叶级付立叶级

5、数分数分析析只只消除消除U d某某一一次次 2谐谐波。波。方方波波中谐中谐波的幅值是：波的幅值是：仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师另另一种一种理解方理解方法法: :为为消除谐消除谐波，波，注入注入一个一个大小大小相等相相等相位位相相反反的的谐谐波，波，则原则原波形波形中中的的谐谐波波被抵消被抵消。在。在图图示示波形波形中中，为，为消除消除5 5次次，需要，需要注入注入一个一个反反相的相的5 5次次。交交流脉冲流脉冲中中有有5 5次次分分量量。若两个波形。若两个波形叠叠U d sinU d =U d sinnpnp4 nb则对应则对应的的n n次谐次谐波将波将被消除被消除。由此可由此可

6、得到得到计计算脉冲算脉冲的宽度的宽度的的公式公式：交交流脉冲的幅值是：流脉冲的幅值是：np 24 4当当nb2成立成立sin= 0.5nb2交交流脉冲的流脉冲的中心必须位于距方中心必须位于距方波波过零点起过零点起算的、算的、所需所需消除消除的的谐谐波的波的四四分之一分之一周期处周期处，即即：p2n仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师而而脉冲宽度为脉冲宽度为、脉冲、脉冲中心距方中心距方波的波的边缘边缘为为度的度的-1t2uo0 12-Ud/2-2Ud/2-Ud/2Ud-UdUd/2同同样样，若要同，若要同时消除时消除两个两个电压电压谐谐波，波，应当应当在在原原波形波形上开上开二二个个槽槽。

7、或。或增增加加二二个个与与原原波形极性相波形极性相反反的负脉的负脉冲。冲。适当适当地地选择选择负脉冲的负脉冲的宽度和宽度和位位置置就可消除这就可消除这两两个个谐谐波电压。波电压。规则规则：在：在方方波波上上每每开开一个一个槽可消除槽可消除一个一个特定特定的的谐谐波。波。开槽开槽后会后会基波基波成成份降低份降低, ,使使其它其它高高次谐次谐波的幅值波的幅值增增大大。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师u(wt) =U nm sinnwtUdsinnwtd(wt)+sinnwtd(wt)pUd n=2pp(Ud /2)sinnwtd(wt)0Unm+a1 a2=0 a1p-a2 p-a1 p

8、sinnwtd(wt)+ sinnwtd(wt)+ sinnwtd(wt)a2 p -a2 p -a1=1-2 cosna1 +2 cosna2 n 2p由付立叶级由付立叶级数数仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师为为消除消除3 3、5 5次谐次谐波波令令U U3m3m=0=0和和U U5m5m=0=0：1- 2cos3a1 + 2cos3a2 = 01- 2cos5a1 + 2cos5a2 = 0联联立方立方程组程组可可得到得到特定特定的角度值的角度值1 1=23.62=23.62和和2 2=33.3=33.3。采用。采用这这种种方方法法可以可以用用较低较低的的开开关关频率频率去去掉掉

9、不不希望希望的的低低次谐次谐波。波。这这种种方方法的法的优点优点是是可以可以有有效地抑效地抑制和制和消除消除低低次谐次谐波。波。（增（增加加滤滤波器不是有波器不是有效效的的方方法法）。它它特特别别适适合合在在UPSUPS（不不间断间断电电源）源），电，电力牵引力牵引用的逆变器等用的逆变器等场场合合应应用。用。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师uOZUdD1xD2T1+T2Ud/2-ioUd/2+-y+-T1T2compT2T1ucutinvtuoUd/2-Ud/2仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师第第二二节电压节电压型型脉宽调制逆变电脉宽调制逆变电路路1 1单相单相半桥半桥PW

10、MPWM逆变电逆变电路路分分析析Ud/2uot-Ud/2T1D1T2D2设设负载为电负载为电阻阻电电感感性。性。由由半桥半桥的的知识知识可可推出推出：VoVo为正：为正：T T1 1或或D1D1导导通通。电流正。电流正时时为为T T1 1通通负为负为D D1 1通通VoVo为负：为负：T T2 2或或D D2 2导导通通。电流正。电流正时时为为D D2 2通通负为负为T T1 1通通仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师sinw1t =uo(1) =U d2载电流为负载电流为负时时是是T T2 2或或D D1 1工作。工作。输出输出电压电压u uo o的基波分的基波分量量U d Ucm2

11、Utma sinw1t输出输出电压电压u uo o的的谐谐波分波分布布的的规规律律是是fh = ( jm f k) f1J J为为偶偶数数时时k k取奇取奇数，数， j j为为奇奇数数时时k k取偶取偶数。数。上式上式表表明明，谐谐波分波分量量总总是是以以三角波频率三角波频率及其倍及其倍数数m mf f，2m2mf f，3m3mf f为为中心中心频率，形频率，形成边成边带带。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师这样这样得到得到了了单相单相半桥半桥PWMPWM逆变电逆变电路路工作工作时时各各个个开开关关的工作的工作情况情况。对对半桥半桥电电路任何路任何时时刻刻只有一个只有一个开开关关导导通