《WM控制技术本》PPT课件

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1、1第7章PWM控制技术7.1PWM控制的基本原理7.2PWM逆变电路及其控制方法7.3PWM跟踪控制技术7.4PWM整流电路及其控制方法2引言1964年，德国学者A.Schonung和H.Stemmler率先提出了脉宽调制（PWM:PulseWidthModulation）的思想，把通讯技术中的调制技术应用于交流传动中，开创了DC-AC技术研究的新领域。3电压型（方波）逆变器可以方便地调整输出电压的频率，但输出电压的幅度在逆变环节中无法调节，通常需要增加调压环节完成调压功能，但这种方法使系统复杂，且输出电压谐波大。从傅立叶分析可知，如果把方波逆变器输出的方波用多个小方波取代，这样可以通过控制小

2、方波的宽度控制逆变器输出基波的幅度。由于小方波的频率是逆变器输出基波频率的N倍，因此逆变器输出的最低次谐波频率升高.4图方波逆变器输出的方波用N个小方波取代改变小方波脉冲宽度调节输出基波幅度5PWM逆变器从根本上解决了方波逆变器存在的问题。近几十年来，该技术一直是电力电子的研究热点，并在工业应用领域产生了极大的经济效益。在技术实现上，从模拟电路发展到全数字化方案；在调制原理上提出了自然采样法、规则采样法、等面积算法、消除有限次谐波的优化调制方法等等。为了适应交流异步电机变频调速的应用，提出了电压正弦波调制、磁通正弦波调制和电流正弦波调制算法。为了获得优良的输出波形，提出了消除有限次谐波的算法、

3、效率最优的和转矩脉动最小的PWM算法。为了消除音频噪声、消除低次谐波以及提高系统稳定性，又提出了各种随机PWM技术。到目前为止，对这一技术仍不断有新方案提出，充分体现出其强大的生命力。67PWM(PulseWidthModulation)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)。PWM波形可能是等幅的，也可能是不等幅的。由直流电源产生的PWM波通常是等幅的，如逆变电路和直流斩波电路。当输入是交流电源时，产生的PWM波是不等幅的，如交流斩波调压电路、矩阵式交交变频电路等。不管是等幅还是不等幅，都是基于面积等效原理来进行控制的。87.1PWM

4、控制的基本原理等幅PWM波输入电源是恒定直流直流斩波电路PWM逆变电路PWM整流电路不等幅PWM波输入电源是交流或不是恒定的直流斩控式交流调压电路矩阵式变频电路OwtUd-UdUoωt1)PWM波形97.1PWM控制的基本原理2）重要理论基础——面积等效原理PWM控制技术的重要理论基础：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（环节的输出响应波形基本相同）。冲量窄脉冲的面积效果基本相同环节的输出响应波形基本相同图7-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)10b)具

5、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。11/607.1PWM控制的基本原理■用PWM波代替正弦半波◆将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度为/N，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。◆把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是PWM波形。◆对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。图7-3用PWM波代替正弦半波◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（Sinus

6、oidalPWM）波形。■PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。■基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。1213OwtUd-Ud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：OwtUd-Ud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。14电压源型逆变器调制出来的是PWM电压波。电流源型逆变器调制出来的是PWM电流波。PWM波可等效的各种波形直流斩波电路直流波形SPWM波正弦波形等效成其他所需波形，如:

7、所需波形等效的PWM波157.2PWM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7.2.3规则采样法7.2.4PWM逆变电路的谐波分析7.2.5提高直流电压利用率和减少开关次数7.2.6空间矢量SVPWM控制7.2.7PWM逆变电路的多重化16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