电力拖动自动控制系统（陈伯时）64变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术ppt课件.ppt

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1、6.4变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术1早期六拍阶梯逆变器存在的主要问题采用半控式的晶闸管开关频率较低主电路两个变流器需要协调控制。电压（直流环节）变化动态响应慢。交流输入侧功率因数差。逆变器输出谐波分量大。2逆变器一个工作周期中，其开关元件根据目标函数要求按一定规律作多次开工作，称为基于PWM控制技术的逆变器。前提：全控式电力电子开关的出现解决途径应用PWM控制技术。3控制目标电压正弦波SPWM电流正弦波CHBPWM消除指定次数谐波SHEPWM圆形旋转磁场SVPWM46.4.1正弦波脉宽调制(

2、SPWM)技术1.PWM调制原理以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrierwave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulationwave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。52.PWM逆变器主电路及输出波形三相桥式PWM逆变器主电路原理图调制电路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNN'C+C+urUu

3、rVurW2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT26三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形w1tOOOOUd2-Ud2w1tw1tw1tw1turaurburcutuAO’-Ud2Ud2-Ud2-UdUd2UduCO’uBO’uAB7在模拟电子电路中，采用正弦波发生器、三角波发生器和比较器来实现上述的SPWM控制；改成数字控制后，开始时只是把同样的方法数字化，称作“自然采样法”。自然采样法的运算比较复杂，在工程上更实用的是简化后的“规则采样法”。由于PWM变压变频器的应用非常广泛，已制成多种专用

4、集成电路芯片作为SPWM信号的发生器，后来更进一步把它做在微机芯片里面，生产出多种带PWM信号输出口的电机控制用的8位、16位微机和DSP芯片。86.4.2消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM)控制技术脉宽调制（PWM）的目的是使变压变频器输出的电压波形尽量接近正弦波，减少谐波，以满足交流电机的需要。要达到这一目的，除了上述采用正弦波调制三角波的方法以外，还可以采用直接计算下图中各脉冲起始与终了相位1,2,…,2m的方法，以消除指定次数的谐波，构成近似正弦的PWM波形（SelectedHarmon

5、icsEliminationPWM―SHEPWM）。9特定谐波消去法的输出波形图6-21变压变频器输出的相电压PWM波形10对图6-21的PWM波形作傅氏分析可知，其k次谐波相电压幅值的表达式为（6-26）式中Ud―变压变频器直流侧电压；i―以相位角表示的PWM波形第i个起始或终了时刻。1112上述5个方程中共有α1，α2，…，α5，这5个需要求解的开关时刻相位角，一般采用数值法迭代求解。这样的数值计算法在理论上虽能消除所指定次数的谐波，但更高次数的谐波却可能反而增大，不过它们对电动机电流和转矩的影响已

6、经不大，所以这种控制技术的效果还是不错的。由于上述数值求解方法的复杂性，而且对应于不同基波频率应有不同的基波电压幅值，求解出的脉冲开关时刻也不一样。所以这种方法不宜用于实时控制，须用计算机离线求出开关角的数值，放入微机内存，以备控制时调用。136.4.3电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术应用PWM控制技术的变压变频器一般都是电压源型的，它可以按需要方便地控制其输出电压，为此前面两小节所述的PWM控制技术都是以输出电压近似正弦波为目标的。但是，在电流电机中，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为在交流

7、电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。14电流滞环跟踪控制的A相原理图1.滞环比较方式电流跟踪控制原理15滞环比较方式的指令电流和输出电流a)电流波形b)电压波形16三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形17电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。◆当环宽选得较大时，可降低开关频率，但电流波形失真较多，谐波分量高；◆如果环宽太小，电流波形虽然

8、较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素，实用中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小的环宽。18小结电流滞环跟踪控制方法的精度高，响应快，且易于实现。但受功率开关器件允许开关频率的限制，仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高开关频率，在其他情况下，器件的允许开关频率都未得到充分利用。为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率的电流控制器，或者在局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。只须