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1、1,PWM控制技术,前面介绍的两种逆变电路均采用g=的单脉冲控制，虽然控制电路简单，但从傅立叶级数分析可看出，输出电压中谐波分量很大，尤其3、5、7次谐波，这些谐波分量的存在将严重影响逆变器的效率和负载的可靠性，因此，消除谐波是逆变控制电路的主要任务之一。目前消除谐波的主要办法采用PWM控制。,第7章,7.1 PWM控制电压型逆变电路,2,矩形波PWM（或称等宽多脉冲PWM） 正弦波PWM（SPWM） 按谐波抑制原理的PWM（电力有源滤波器） 自适应电流控制PWM 后三种逆变电路具有调压及显著改善输出电压质量的功能。,根据形成PWM波原理的不同，PWM可分为：,3,结合IGBT单相桥式电压型逆
2、变电路对调制法进行说明,图7-4 单相桥式PWM逆变电路,工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补,控制规律：,以uo正半周输出为例，V1通，V2断，V3和V4交替通断,负载电流为正时： V1和V4导通时，uo等于Ud V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0 负载电流为负时： VD1和VD4续流通过,此时uo等于Ud V4关断后,通过V3和VD1续流,此时uo=0 uo总可得到Ud和零两种电平,采用矩形波调制的单相逆变电路,7.1.1,4,uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断 uo同样可得-Ud和零两种电平,5,6,由图可见门极脉冲的状态分布：,输出电压正
3、半波（0t）,ug1=const,ug4=0,ug2和ug3按载频fc交替出现，即(V1T3)和(T1V2)交替出现。 输出电压负半波（t2），ug2=ugm,ug3=0,ug1和ug4按载波频率fc交替出现（T2T4）和（D1T2）交替出现。,7,矩形波调制方式： 任何瞬间输出电压UAB脉宽为=const, 设UAB在0区间共包含i个脉冲，其前后沿相角分别为1，2，2i,通过控制电压波形,使之成为奇函数,且对称于/2轴,则UAB的富氏级数无余弦项和偶次项,且有An=0,故:,8,右图为不同mf和值下的各谐波分量的变化情况 mf：频率调制比 mf=T/Tc=fc/f fc: 载波频率 f：调制
4、波频率 右边实线mf=20,9,mf值较低时，谐波含量仍很高 mf值较高时，谐波含量有所下降，但对低次谐波影响很小。,10,7.2 采用正弦波调制（ SPWM）逆变电路,用某一频率的低频正弦波信号（调制波）与一个频率较高的三角波相比较得到各个晶体管(开关管)的控制信号，从而得到该频率的正弦输出电压波形。,11,2 采用正弦波调制（ SPWM）逆变电路,图中：fc:载波频率，即三角波UC的开关频率 f1:调制频率，正弦控制电压US的频率， 用于调制开关占空比,图513（c）,12,UrUC：T1,T3导通,T2,T4截止,UAB=Ud UrUC：T2,T4导通,T1,T3截止, UAB =Ud
5、可以证明:用SPWM控制后,只要三角波载波频率相对正弦波调制频率足够高,在一个三角波周期中输出电压的平均值正比于正弦波控制电压的平均值(即正比于ma)，所以,输出电压在一个三角波周期中输出电压的平均值按正弦波规律变化.,13,由图可看到： （1）、基波分量的幅度UAB1m=maUd,故UAB1m随ma线性变化。（0ma1）.即逆变器的输出电压随ma可调。 （2）、逆变器输出电压中的谐波分量更集中在开关频率fc及其倍频数2fc，3fc等中心的周围，形成边带谐波频率：,14,(3)、谐波电压的幅度随开关次数的增加而迅速减少 (4)、当mf为奇数时，输出波形奇函数对称，故仅有奇次谐波。 输出电压的傅
6、立叶级数表达式可参考电力电子技术基础机械工业出版社 林谓勋,15,电压型逆变电路一览表,16,7.3 不间断电源（UPS） 不间断电源又称UPS（Uninterrupted Power Supply), 目前主要应用于IT领域, 为IT设备提供不间断的供电电源。 1、UPS分类 A、按输入电源分：直流UPS和交流UPS B、按输出波形分：方波UPS和正弦波UPS C、按电源相数分：单进单出 三进单出 三进三出 D、按电路组成原理分： 在线式和后备式 E、按电池供电时间分：标准机（15min),长延时（30min),17,2. UPS结构及主要技术指标,对于在线式UPS其结构，它主要由整流斩波电
7、路，蓄电池，逆变器，转换开关、控制与保护电路等组成。 整流滤波电路 整流斩波电路主要完成交直转换。由于目前主要采用全桥不控整流电路，故对于单相整流电路来说，其输出直流电压高达310V，故在市电正常供电时，需要对蓄电池充电的直流电压需要降压。因此实际的UPS中，在整流后，往往接有DC/DC变换器。另外，为了消除DC/DC变换器和高频逆变器对电网的影响，整流器输入端还装有LC滤波电路。,18,蓄电池 UPS电源系统中的蓄电池一般采用密封式铅酸蓄电池，其使用寿命一般可在5年以上。目前所用蓄电池一般为12V电池。其常用容量一般为3.8Ah,65Ah,100Ah等。蓄电池组电压为12V的整数倍。 逆变器
8、 目前，UPS中采用的逆变器往往是SPWM逆变器；它既能调频，又能稳压，同时由于采用了SPWM技术，其输出电压中谐波成分较小。另外从负载使用安全角度考虑，往往用高频变压器进行输出隔离，并在输出回路装有低通滤波器。逆变器的性能主要决定了UPS的性能。 交流转换开关 该开关由电子控制，当UPS整流器及逆变器等内部器件正常工作时，电子开关合在逆变状态，从而使UPS输出稳压稳频，不随电网电压或频率波动。而当UPS内部发生故障或需检修保养时，可自动或手动合到市电直通状态。从而提高了电源系统的可靠性。,19,UPS主要技术指标： 标称输出功率（KVA） 输入电压：220V. 110V. 380V 允许输入
9、电压范围;170Vac260Vac 输入频率：45Hz55Hz 输入功率因数：PF 效率：输出/输入功率。9395 输出电压：220V,380V,1% 输出频率: 50/60Hz0.5Hz 电压失真度（THD）：2% 线性负载 5% 非线性负载 过载能力：12510分钟 15030秒 电池后备时间：标准机 715分钟 长延时根据电池容量和节数确定后备时间,20,蓄电池主要技术指标： 额定电压：2V,6V,12V之分 电池容量Ah:有7Ah 18Ah 38Ah 65Ah 100Ah ，500Ah,2000Ah 等 循环次数：300400次 使用寿命：58年 蓄电池内阻：几个m 放电率： 0.1C
10、 0.5C 1.0C之分 100Ah*0.1c=以10A放电共可放10小时,21,PWM逆变电路的谐波分析,使用载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关的谐波分量 谐波频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要指标之一 分析以双极性SPWM波形为准 同步调制可看成异步调制的特殊情况，只分析异步调制方式 分析方法 以载波周期为基础，再利用贝塞尔函数推导出PWM波的傅里叶级数表达式 尽管分析过程复杂，但结论简单而直观,7.2.4,22,单相的分析结果,图6-13，不同a时单相桥式PWM逆变电路输出电压频谱图,图7-13 单相PWM桥式逆变电路输出电压频谱图,谐波角频率为:,PWM波中不含低次谐波， 只
11、含wc及其附近的谐波以及 2wc、3wc等及其附近的谐波,式中，n=1,3,5,时，k=0,2,4, ； n=2,4,6,时，k=1,3,5, ,(6-10),PWM逆变电路的谐波分析,7.2.4,23,PWM逆变电路的谐波分析,图6-14，不同a时三相桥式PWM 逆变电路输出电压频谱图,图6-14 三相桥式PWM逆变电路输出线电压频谱图,三相的分析结果,公用载波信号时的情况,输出线电压中的谐波角频率为,(6-11),式中，n=1,3,5,时，k=3(2m1)1，m=1,2,； n=2,4,6,时，,7.2.4,24,三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著的区别是载波角频率wc整数
12、倍的谐波没有了，谐波中幅值较高的是wc2wr和2wcwr SPWM波中谐波主要是角频率为wc、2wc及其附近的谐波，很容易滤除 当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成：一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。后者的谐波分布情况和SPWM波的谐波分析一致,PWM逆变电路的谐波分析,7.2.4,25,小结,PWM控制技术的地位 PWM控制技术是在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术 器件与PWM技术的关系 IGBT、电力MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善给PWM控制技术提供了强大的物质基础 PWM控制
13、技术用于直流斩波电路 直流斩波电路实际上就是直流PWM电路，是PWM控制技术应用较早也成熟较早的一类电路，应用于直流电动机调速系统就构成广泛应用的直流脉宽调速系统,第7章,26,PWM控制技术用于交流交流变流电路 斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是PWM控制 技术在这类电路中应用的代表 目前其应用都还不多 但矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可望有良好的 发展前景,小结,第7章,27,PWM控制技术用于逆变电路 PWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性 正是由于在逆变电路中广泛而成功的应用，才奠定了PWM控制技术在电力电子技术中的突出地位 除功率很大的逆变装置外，不用PWM控制的逆变电路已
14、十分少见 第5章未涉及到PWM控制技术，对逆变电路的介绍不完整。学完本章才能对逆变电路有较完整的认识,小结,第7章,28,PWM控制技术用于整流电路 PWM控制技术用于整流电路即构成PWM整流电路 可看成逆变电路中的PWM技术向整流电路的延伸 PWM整流电路已获得了一些应用，并有良好的应用前景 PWM整流电路作为对第2章的补充，可使我们对整流电路有更全面的认识,小结,第7章,29,PWM控制技术与相位控制技术 以第2章相控整流电路和第4章交流调压电路为代表的相位控制技术至今在电力电子电路中仍占据着重要地位 以PWM控制技术为代表的斩波控制技术正在越来越占据着主导地位 相位控制和斩波控制分别简称相控和斩控 把两种技术对照学习，对电力电子电路的控制技术会有更明晰的认识,小结,第7章,
