电力电子课程设计09494

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1、1引百1.1PWM控制技术简介PWM（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，來等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。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技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电了技术中的重要地位。1.2PWM控制的基本原理PWM稳压屯源主屯路与市面上成熟的PWM稳压电源类似。当交流电机

2、和一个脉宽调制变频器一起被用于变频调速时，设计u円和是为了测量交流电机有效电压。这种类型的变频器首先从交流源产生一个直流电压E,被称为直流链电压。然后利用电力电子变换技术，采用脉宽调制來变换直流链电压，可以得到一个三相电源系统，例如：通过IGBT在数ms内将直流屯压开关数百次，來创建频率可调的三相电压。然而输出电压并不是正弦波，而是一个恒幅值的高频斩波波形，如图1・1所示。这种屯压被送给电机，出于电机是一个大的感性负载，主要对屯源屯压低频部分作出响应，故电流波形仅具冇少量的高频成分，近似为一个正弦波。对于系统设计者和使用者，能够测量出

3、电机实际接收到的电压Vn,,v/,检查电机的矢量参数或v/f是否超出范围是非常重要的。如果长时间超出电机的标称v/f值（例如，电机在高频、低速卜•运转），电机将会发热，甚至损坏，而产生严重后果。然而需要注意的是，用电压表测量该斩波波形的电压是有效值而电机响应的实际有效电压Up网与图1的脉宽调制波的有效值之间存在非常大的误差。例如某系统，当Vpw=144V时，V”,“=192V，误差率为（192—144）/144=33。3%——七一二二——ZZZZZZ——-<\\\——-EEE—.1采样经检测系统将数据送给控制系统。控制系统通过计

4、算基频的整个周期的绝对平均电压的有效值即均方根值检测出j/p咖。例如，当载波比N=?務取3的奇整倍数时,线电压肚〃，的傅立叶级数表达式为：.(mM/rJ、2丿加=i,2・・・川=±1、土2…m2龙、H7TV3MEcos(^r-—乞£67C?”=19•..n=4-14-'.(mN+小2兀.「/A72兀、H7T“sinsin[(m7V+ii){cost)n(p]6'22.,m+n、sm(——^)2(1-1)式中：M为调制度；m与n分别为相对于载波和调制波的谐波次数；Cc，Qs分别为载波和调制波的角频率。在信号中存在高频成分时谐波和基波相迭

5、加。谐波的次数越高对平均值的影响越小。取输出信号的基频和测量基频的整数个周期，将冇关数据传送给控制系统，控制系统通过计算基频波的均方根值（有效值），最终显示出电机实际响应的y’ww值。PWM波形叮分为等幅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。如直流斩波电路及PWM逆变电路，其PWM波都是由直流电源产生,曲于直流电源电压幅值基本恒定，因此PWM波是等幅的。不管是等幅PWM波还是不等幅PWM波，都是基于面积等效原理來进行控制的，因此其本质是相同的。上面所列举的PWM波都是出PWM电压波。除此之外，也还有

6、PWM电流波。例如,电流逆变电路的直流侧是电流源，如对其进行PWM控制，所得到的PWM波就是PWM电流波。直流斩波电路得到的PWM波是等效直流波形，SPWM波得到的是等效正弦波形。这些都是应用十分广泛的PWM波。PWM控制技术实际上主要是SPWM控制技术。除此之外，PWM波形还可以等效成其他所需要的波形，如等效成所需要的非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也是基于等效面积原理。2PWM交流斩控技术的交流稳压电源2・1PWM交流斩控调压原理SirS2G）主电路拓扑L」（b）单相全控开关等值电路E(t)（C）工作波形图2-1图

7、2・1(a)所示，假定电路中各部分都是理想状态。开关$为斩波开关，S?为考虑负载电感续流的开关，二者均为全控开关器件与二极管串联组成的单相开关［见图2・l(b)］。及S2不允许同时导通，通常二者在开关吋序上互补。定义输入电源电压比的周期T与开关周期7L之比为电路工作载波比Kc(Ks=Xr)。图2」(C)表示主电路在稳态运行时的输出电压波形。显然输出电压几为：一、“S］导通，S。断开"。⑴"=［()S2导通，S撕开(2-1)式中：E(t)为开关函数，其波形示于图2-1(C),函数曲式(2-2)定义。S］导通，S?断开S2导通,S

8、断开(

9、2-2)在图2-1(a)电路条件下，则u()=E⑴迈Usin初(2-3)E(t)函数经傅立叶级数展开，可得98einaEQ)=D+—£—C0S(n©-0n)兀n=ln式中：D」％,,(Os=%s'&广呀S；(2-4)D为