1、第6章 PWM控制技术,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。,PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。,返回,6.1 PWM控制的基本原理,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。,
2、b),具体的实例说明“面积等效原理”,a）,e (t)电压窄脉冲，是电路的输入 。i (t)输出电流，是电路的响应。,2） SPWM波,用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,？,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,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。,3）PWM波,PWM电流波电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。,目前中小功率的逆变电路几乎都采用
3、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。,6.2 PWM逆变电路及其控制方法,计算法的概念 ： 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，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。 当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。,调制法 ： 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。,调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波
4、,6.2.1 计算法和调制法,等腰三角波 或锯齿波,等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系，且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可得到宽度正比于信号波幅值的脉冲,调制法,把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波得调制得到所期望的PWM波形,V1和V2的通断状态是互补的； V3和V4的通断状态也是互补的。,uo正半周： V1保持通态， V2保持断态。,io为正的区间： V1和V4通态时， uo为Ud。,V1和VD3通态时， uo为0。,io为负的区间： VD1和VD4通态时， uo为Ud。,V3 和V
5、D1通态时， uo为0。,调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在负半周为负极性的三角波在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断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,单极性PWM控制方式（单相桥逆变）,Ur负半周，V1保持断，V2保持通当uruc时使V3断，V4通， uo=0,单极性PWM控制方式 Ur半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得PWM波形的控制方法,表示uo的基波分量,双极性PWM控制方式（单相桥逆变）,双极性PWM控制方式 在ur的半个周期内，三角波载波有
6、正有负，所得PWM波也有正有负,在ur一个周期内,输出PWM波只有Ud两种电平同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制哥开关器件的通断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，则V1和V4通，如io0，VD1和VD4通， 不管哪种情况uo=Ud,当ur0，VD2和VD3通， 不管哪种情况uo=-Ud,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。,双极性PWM控制方式（三相桥逆变）,U、V和W三相的PWM控制通常公用三角波载波uc
7、，三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120 U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同,当urUuc时，给V1导通信号，给V4关断信号，则uUN=Ud/2当urUuc时，给V4导通信号，给V1关断信号，则uUN=-Ud/2当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是二极管VD1(VD4)续流导通,uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2两种电平线电压波形uUV的波形可由uUN-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,逆变器输出线电压PWM波由Ud和0三种电平构成负载向电压uUN可由下式求得负载相电压P
8、WM波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和0共5种电平组成,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，在上下两臂切换时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功率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,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
9、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,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。,自然采样法,按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关的通断，这种生成
10、SPWM波形的方法,规则采样法,工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量比自然采样法小得多,6.2.3 规则采样法,三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc 。 自然采样法中，脉冲中点不和三角波(负峰点)重合。规则采样法使两者重合，使计算大为减化。如图所示确定A、B点，在tA和tB时刻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宽度非常接近。,规则采样法原理,规则采样法计算公式推导,正弦调制信号波,第六章 PWM控制技术 小结,PWM控制技术的地位 PWM控制技术是在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术。 器件与PWM技术的关系 IGBT、电力MOS
11、FET等为代表的全控型器件的不断完善给PWM控制技术提供了强大的物质基础。 PWM控制技术用于直流斩波电路 直流斩波电路实际上就是直流PWM电路，是PWM控制技术应用较早也成熟较早的一类电路，应用于直流电动机调速系统就构成广泛应用的直流脉宽调速系统。,PWM控制技术用于交流交流变流电路 斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是PWM控制技术在这类电路中应用的代表。 目前其应用都还不多。 但矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可望有良好的发展前景。,PWM控制技术用于逆变电路 PWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性。 正是由于在逆变电路中广泛而成功的应用，才奠定了PWM控制技术在电力电子技术中的突
12、出地位。 除功率很大的逆变装置外，不用PWM控制的逆变电路已十分少见。 第5章因尚未涉及到PWM控制技术，因此对逆变电路的介绍是不完整的。学完本章才能对逆变电路有较完整的认识。,PWM控制技术用于整流电路 PWM控制技术用于整流电路即构成PWM整流电路。 可看成逆变电路中的PWM技术向整流电路的延伸。 PWM整流电路已获得了一些应用，并有良好的应用前景。 PWM整流电路作为对第2章的补充，可使我们对整流电路有更全面的认识。,PWM控制技术与相位控制技术 以第2章相控整流电路和第4章交流调压电路为代表的相位控制技术至今在电力电子电路中仍占据着重要地位。 以PWM控制技术为代表的斩波控制技术正在越来越占据着主导地位。 相位控制和斩波控制分别简称相控和斩控。 把两种技术对照学习，对电力电子电路的控制技术会有更明晰的认识。,返回,
