电力电子变换中的脉宽调制技术

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1、6电力电子变换中的PWM控制技术2021/7/161主要内容1PWM技术简介2逆变电路中常用的PWM2021/7/163PWM技术中的特殊问题26.1PWM技术简介2021/7/16PWM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，因此在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWM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子技术中的重要地位。3晶闸管问世，(公元元年)IGBT出现功率集成器件晶闸管时代全控型器件迅速发展190

2、41930194719571970198019902000t(年)156.1PWM技术简介6.1PWM技术简介2021/7/16PWM(PulseWidthModulation)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)。5PWM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。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

3、形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)2021/7/1667PWM的基本原理b)图1-2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）u(t)－电压窄脉冲，是电路的输入。i(t)－输出电流，是电路的响应。2021/7/16PWM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。Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ouωt>2021/7/1682021/7/169所需波形等效的PWM波PWM的基本原理PWM的基本原理OwtUd-Ud对

4、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。单极性双极性2021/7/1610PWM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OωtUd-UdUoωt2021/7/1611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。PWM逆变

5、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。2021/7/16126.2逆变电路中常用的PWM6.2逆变电路中常用的PWM2021/7/16PWM调制技术载波PWMSPWMSVPWM优化PWM特定消谐波谐波最优滞环PWM136.2逆变电路中常用的PWM2021/7/166.2.1常规PWM6.2.2SVPWM6.2.3滞环PWM146.2.1PWM逆变电路及其控制方法1计算法和调制法2异步调制和同步调制3规则采样法4PWM逆变电路的谐波分析5提高直流电压利用和减少开关次数2021/7/16151

6、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。2021/7/16161计算法和调制法工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。以uo正半周为例，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，电流有一段区间为正，一段区间为负。负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud。2）调制法图2－4单相桥式PWM逆变电路结合IGBT单相桥

7、式电压型逆变电路对调制法进行说明2021/7/16171计算法和调制法2）调制法图2－4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。2021/7/16181计算法和调制法2）调制法图4单相桥式PWM逆变电路2021/7/1619开关状态V

8、1V2V3V4电流走向输出Vo0101i>0VD2V4i<0V2VD4000110i>0VD2VD3i<0V2V3-VDC-VDC1001i>0V1V4i<0VD1VD4VDCVDC1010i>0V1VD3i<0VD1V300调制法把希望输出的波形作调制信号，通过对此信号波的