电力电子应用技术书逆变技术第4节.docx

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1、3.4逆变器常用PWM控制技术由于逆变器应用场合不同，负载特性和要求也各异，到目前为止并没有一种PWM方法能够兼顾各方面的要求。随着逆变器技术和微处理器性能（现在绝大多数PWM控制都通过微处理器来实现）的不断发展，传统的PWM控制方法不断受到新控制策略的挑战，新思想、新方法和新技术层出不穷，形成了逆变控制技术蓬勃发展的景象。本节将介绍其中最常使用的几种方法，即正弦脉冲宽度调制、准最优正弦脉冲宽度调制、消除特定谐波脉冲宽度调制、空间电压矢量脉冲宽度调制、瞬时值跟踪型脉冲宽度调制等。3.4.1正弦脉冲宽度调制当采用正弦波作

2、为调制信号来控制输出PWM脉冲的宽度，使其按照正弦波的规律变化，这种脉冲宽度调制控制策略就称为正弦脉冲宽度调制（SinePulseWidthModulation，SPWM），简称正弦脉宽调制。产生SPWM脉冲，采用最多的载波是等腰三角波，既可以采用自然采样也可以采用规则采样；既可以采用单极性控制模式也可以采用双极性控制模式，但使用较多的是规则采样双极性控制方式。1．单相SPWM的基本原理单相逆变器的工作原理比较简单，其主电路结构可以参见图3-23（a），单相SPWM波形的产生原理如图3-19所示。图中正弦调制波的频率为

3、m，三角载波的频率为c，两者比较产生图3-19（b）所示的SPWM控制脉冲。假设当控制脉冲为“高”电平时，开关管T1和T4导通而T2和T3截止，逆变器输出电压为Ud；当控制脉冲为“低”电平时T2和T3导通而T1和T4截止，逆变器输出电压为Ud。于是逆变器的输出电压就是形状与PWM控制脉冲相同而幅值等于直流中间电压Ud的PWM脉冲。当调制深度M=0时，调制波实际上是一条幅值为0的直线，产生的SPWM波为一串占空比为50％的矩形脉冲，交流输出电压的基波为0。随着M的增大，在正弦波的正半周，SPWM输出中高电平部分所占的比例

4、越来越大，相反在正弦波的负半周SPWM输出中低电平的比例越来越大，交流输出电压也变得越来越高。对逆变器输出电压uo进行傅立叶变换分析，可以求出基波及各次谐波的大小。关于单相SPWM逆变器输出电压傅立叶变换的分析过程本书不做详细推导，有兴趣的读者可以查阅39相关的参考文献，此处只给出在线性调制区（调制深度M1）内的两个主要结论：（1）输出电压的基波幅值等于MUd，由于输出基波电压与调制深度M成正比，从而使线性调制区内输出电压的分析和控制都十分简便而直观。（2）输出谐波频率集中分布在（nckm）处，式中，n1,3,5,时，

5、k0,2,4,；当n2,4,6,时，k1,3,5,。由此可知，SPWM脉冲的谐波频率伴随着载波频率c，的提高而提高。提高载波频率一般对改善输出电压质量和负载的工作特性是有利的，而这也就是在条件允许的情况下，之所以倾向于采用较高开关频率的主要原因之一。相反，如果开关频率较低，那么就会在输出电压中出现大量的低次（低频）谐波，就会对负载的运行产生十分不利的影响。uucumaumbumct(a)当M1后，SPWM进入过调制区，输出电压的变化不再与调制深度保持线性关系，SPWM的谐波分布也将发生变uG1(b)化，而其中最明显

6、的是开始出t现低次谐波。如果M一直增uA0大，那么所有SPWM脉冲将逐渐(c)t连在一起，逆变器的输出电压最终会变成一个幅值为Ud的uB0(d)uC0(e)uAB(f)方波，此时SPWM的交流输出t达到最大值。2．三相SPWM的基本原理t三相桥式逆变器的主电路如图3-1所示。为了得到三相桥式逆变器所需的三相对称tSPWM脉冲，逆变器三相输出端A、B、C相电压之间的相位必须互差2/3。为此，三相图3-20三相SPWM40SPWM最基本的设计原则之一就是，用于产生三相SPWM脉冲的三个正弦调制信号，即图中的uma、umb

7、和umc，之间也必须保持2/3的相位差。从原理上讲，三相SPWM脉冲的产生可以每相调制波单独配备一个载波，也可以三相共用一个载波。由于后者的实现和控制更为简便，因此绝大多数三相逆变器都采用这种方法。为了严格保证三相之间的相位差，载波比应该设计为3的整倍数，如图3-20（a）所示。图3-20（b）为A相T1管的控制脉冲，B相和C相脉冲则应该分别滞后A相脉冲2/3和4/3角度。逆变器三相输出端相对于直流环节中点“O”的相电压波形分别为图3-20（c）（d）和（e）所示。三相之间线电压波形可以通过分别将两相电压相减得到，图3

8、-20（f）中仅给出了线电压uAB的波形。3．三相正弦脉冲宽度调制的谐波特性同单相SPWM一样，借助傅立叶变换对三相SPWM输出电压的基波和谐波成分进行分析。对于三相逆变器，如果负载三相对称，那么负载的三相相电压和线电压之间完全可以利用比例关系进行相互推导。若负载采用三角形连接，相电压等于线电压，当负载采用星形连接，线电压等于相电