PWM控制技术(深度剖析)

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1、第6章PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。基本要求：掌握PWM控制的基木原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。PWM(PulseWidthModulation)控制脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，來等效地获得所需要波形

2、(含形状和幅值)。第3、4章已涉及这方面内容：第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4」节斩控式交流调圧电路，4.4节矩阵式变频电路。木章内容PWM控制技术在逆变电路屮应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术止是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电了技术中的重耍地位。水章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路1PWM控制的基本原理理论基础：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。冲量指窄脉冲的面积。效果基木和同，是指环节的输

3、出响应波形基木和同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。51b)图6-1形状不同1佃冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6・1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R・L电路)上，如图6・2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6・2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，齐i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，

4、仅在高频段有所不同。a)图6-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积(冲量)相等，宽度按止弦规律变化。SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。a)b)图6-3用PWM波代替正弦半波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。等幅PWM波和不等幅PWM波：市宜流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波，如直流斩波电路及木章主要介绍的

5、PWM逆变电路，6.4节的PWM整流电路。输入电源是交流，得到不等幅PWM波，如4.1节讲述的斩控式交流调压电路，44节的短阵式变频电路。基于面积等效原理，木质是相同的。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。PWM波形可等效的各种波形：直流斩波电路：等效直流波形SPWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。2PWM逆变电路及其控制方法冃前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。逆变电路是PWM

6、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，目前实用的几乎都是电压型。(1)计算法和调制法1、计算法根据止弦波频率、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。缺点：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2、调制法输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称；与任一平缓变化

7、的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度止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；调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明：设负载为阻感负载，工作时V］和V2通断互补，V3和V4通断也互补。控制规律：U。止半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断，负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段为正，一•段为负，负载电流为正区间，W和V4导通时，等于U"V4关断时,负载电流通过V1和Vd

8、3续流，uo=0,负载电流为负区间，i°为负，实际上从Vdi和VD4流过，仍有Uo=Ud，V4断,V3通后，io从V3和Vdi续流,Uo=0,Uo总可得到Ud和零两种电U。负半周，让V2保持通，V］保持断，V3和V4交替通断，Uo可得・Ud和零两种电平。v3I__2vd3信号波匕载波上图6・4单相桥式PWM逆变电路V4T单极性PWM控制方式（单相桥逆变）:在*和*的交点时刻控制IGBT的通断。比正半周，W保持通，V2保持断，