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1、第7章 PWM控制技术,7.1 PWM控制的基本原理 7.2 PWM逆变电路及其控制方法,第六章 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5章直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术；第6章的6.1斩控式调压电路和6.4矩阵式变频电路都有涉及。,引言,第六章 PWM控制技术,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控制变得十分容易。 PWM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。现在大量应用于逆变电路中，中小功率逆变电
2、路几乎都是PWM型逆变电路。 PWM控制技术正是依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。 本章和第4章（逆变电路）相结合讲解，进一步加深我们对逆变电路和PWM控制技术的认识。,引言,6-4,PWM的基本原理 PWM控制方式 PWM在逆变电路中的应用（电压型） PWM调制方式,第六章 PWM控制技术,掌握内容,7.1 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。,返回,7.1 PWM控制的基本原理,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）,e (t
3、)电压窄脉冲，是电路的输入 。 i (t)输出电流，是电路的响应。,返回,SPWM波,7.1 PWM控制的基本原理,如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,返回,7.1 PWM控制的基本原理,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,返回,面积（冲量)相等，中点重合，宽度按正弦规律变化。,等幅,7.1 PWM控制的基本原理,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。,返回,
4、7.1 PWM控制的基本原理,返回,7.1 PWM控制的基本原理,2）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。,返回,7.2 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。,返回,7.2 PWM逆变电路及其控制方法,7.2.1 计算法和调制法 7.2.2 异步调制和同步调制,返回,7.2.1 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，准确计算PWM波各脉冲宽度
5、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。,返回,7.2.1 计算法和调制法,将信号波与载波进入调制电路调制，调制电路的输出信号作为开关器件的驱动信号。 把希望输出的波形作为信号波ur, 常用等腰三角波作为载波uc,2）调制法,图74 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,返回,7.2.1 计算法和调制法,2）调制法,图74 单相桥式PWM逆变电路,V4关断时，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
6、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。,返回,7.2.1 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。,返回,6-18,电路的实现：,因为目前实际应用的PWM逆变电路几乎全为电压型逆变电路，所以这里我们以电压型逆变电路为例，结合PWM在逆变电路中的应用体现电路的实现。,（单向全桥PWM逆变电路）,关键在于调制电路,7.2
7、.1 计算法和调制法,返回,6-19,（1）单极性SPWM（SSPWM）,特点：载波uc 在ur正半周，都用正极性三角波， 在负半周都用负极性三角波。,在正半周， ur 大于uc时，相应的器件开通，U0=Ud,当ur 小于uc时，相应的器件关断U0=0,在负半周， ur 大于uc时，相应的器件关断U0=0,当ur 小于uc时，相应的器件开通， U0= -Ud,在调制信号ur 的半个周期内，三角波uc只在一个方向上变化，得到的SPWM波形也只在一个方向上变化，故称之为单极性SPWM。,图7-5单极性PWM控制方式波形,7.2.1 计算法和调制法,返回,6-20,7.2.2 分析几种调制电路,电路
8、（1）,返回,6-21,（1）当Vr大与Vc时，根据调制电路分析，器件是何工作状态？,（2）当Vr小与Vc时，根据调制电路分析，器件是何工作状态？,7.2.2 分析几种调制电路,电路（2）,返回,6-22,（2）双极性SPWM（BSPWM）,双极性PWM控制方式波形,特点：载波Uc在调制波Ur的正负两个半周期内，都在正负两个方向变化，不再单一了。调制波Ur仍为正弦波。,在Uc与Ur的交点时刻控制各器件的通断。,输出的SPWM 波形在两个方向变化，故称之为双极性SPWM。,7.2.2 分析几种调制电路,返回,6-23,请同学分析。,7.2.2 分析几种调制电路,电路（3）,返回,7.2.3 异步
9、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,返回,7.2.3 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等于常数。,基本同步调制方式，fr变化时N不变
10、，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。,返回,7.2.3 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。 同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现。 可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。,图7-11 分段同步调制方式举例,返回,6-27,PWM在电力电子中的重要性以及其基本理论 SPWM的基本分类，各自特性 SPWM在逆变中的应用，掌握调制电路在PWM逆变电路中的关键作用。 PWM的调制方式，各自优缺点。,小结,返回,