GHR_电力电子技术课件_7

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1、引引言 言 回顾第 4章（电压型）（方波）逆变电路基本原理 uo (u AB )为矩形方波 谐波问题严重！ fo 器件开关频率 当低频输出时，不能 发挥电力电子器件快速开 关的优势！ uo 调节方式 引引言 言 调节 Ud 相控整流 交流输入侧的谐波和功率因数问题 方波逆变器输出电压调节方式： 相控整流 交流输入侧的谐波和功率因数问题 不控整流 +高频斩波 多级变换 成本、效率？ 通常加大电容滤波 动态响应慢的问题 移相控制方式 PWM控制方式引引言 言 PWM 控制技术首先是在 直 流斩波变换 中 形成的 在逆变电路控制 中得到 应 用 、发 展 、成 熟 ！ PWM Pulse Width

2、 Modulation 脉冲宽度 调制 在逆变电路控制 中得到 应 用 、发 展 、成 熟 ！ 应 用极 为 广泛 已 成为 现代 电力电子变换的 核心 技术！ PWM 控制的优 越性 ： 正弦 输出 或其它期望 的输出波形 低谐波、高功率因数 一 级 可 控变换 结构简单 高频变换 动态响应快！7.1 PWM控制的基本原理 7.2 PWM逆变电路 及其 控制方 法 引引言 言 7.2 PWM逆变电路 及其 控制方 法 7.3 PWM跟踪 控制技术 7.4 PWM整流电路 及其 控制方 法1、 PWM控制的理 论支持 面积等 效原理 7.1 PWM控制的基本原理 2、 PWM波 图 7-1 形

3、状不同而冲量相同的各种窄脉冲 图 7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 期望输出 面积等效，脉宽？1、 PWM控制的理 论支持 面积等 效原理 7.1 PWM控制的基本原理 2、 PWM波 图 7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 图 7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 用等幅不等宽的 PWM波作为控制逆变器开关元件通断的依据。 等幅 不 等宽 的方波 脉冲序列7.2 PWM逆变电路 及其 控制方 法 7.2.1计算法 和 调制 法 PWM波的 生 成方 法 1、 计算法 2、调制 法 载 波 比 N =f c / f r7.2 PWM逆变电路 及其 控制方 法 7.2.1计算法 和

4、调制 法 PWM波的 生 成方 法 简易调制电路及原理：7.2.1计算法 和 调制 法 PWM波的 生 成方 法 3. PWM控制原理7.2.1计算法 和 调制 法 PWM波的 生 成方 法 4. 单极性 调制 和 双极性 调制(1) 单极性 调制方式 下 的 工作 原理 在 ur的 正半周 ： VT 1 保持 通态 VT 2 保持断 态 当 VT 3 关 断 ， VT 4 导 通： u AB =U d 当 VT 4 关 断 ， VT 3 导 通： u = 0 u AB = 0 u AB =U d u AB = 0(1) 单极性 调制方式 下 的 工作 原理 在 ur的 正半周 ： VT 1

5、保持 通态 VT 2 保持断 态 当 VT 3 关 断 ， VT 4 导 通： u AB =U d 当 VT 4 关 断 ， VT 3 导 通： u = 0 u AB = 0 u AB =U d u AB = 0(1) 单极性 调制方式 下 的 工作 原理 在 ur的 负半周 ： VT 1 保持断 态 VT 2 保持 通态 当 VT 3 导 通， VT 4 关 断 ： u AB = - U d 当 VT 3 关 断 ， VT 4 导 通： u = 0 u AB = 0 u AB = -U d u AB = 0(1) 单极性 调制方式 下 的 工作 原理 完整一个周期的工作波形：(2) 双极性

6、调制方式 下 的 工作 原理 当 VT 1 、 VT 4 导 通， VT 2 、 VT 3 关 断 ： u AB = +U d 当 VT 1 、 VT 4 关 断 ， VT 2 、 VT 3 导 通： u AB = -U d u AB = -U d u AB = +U d u AB = -U d(2) 双极性 调制方式 下 的 工作 原理 当 VT 1 、 VT 4 导 通， VT 2 、 VT 3 关 断 ： u AB = +U d 当 VT 1 、 VT 4 关 断 ， VT 2 、 VT 3 导 通： u AB = -U d u AB = -U d u AB = +U d u AB =

7、-U d(2) 双极性 调制方式 下 的 工作 原理 完整一个周期的工作波形：7.2.1计算法 和 调制 法 PWM波的 生 成方 法 5. 三 相 桥 式 PWM逆变电路 C Ud U V C N W N7.2.1计算法 和 调制 法 PWM波的 生 成方 法 5. 三 相 桥 式 PWM逆变电路7.2.1计算法 和 调制 法 PWM波的 生 成方 法 5. 三 相 桥 式 PWM逆变电路 NNUNVNWN 1 () 3 uuuu =+ UNUNNN uuu =- UVUNVN uuu =-7.2.1计算法 和 调制 法 PWM波的 生 成方 法 6. 特定 谐波 消去法 （ Selecte

8、d Harmonic Elimination PWM SHEPWM） 一种特殊的 PWM波生成方法， 属于计算法 。 目的： 使输出波形中不含特定次谐波（尤其低次谐波） 考察下图所示 1/4周期对称 的波形： 关于原点镜像对称： 正半周 内前后 周期关于为 轴线 对称： 2 p 1 4 ) ( ) ( p w w - = t u t u ()() utut wpw =- 2 4 ()() utut wpw =- p 2 对 这 种波形用 傅里叶级数展 开， 可表 示为： = = ,. 5 , 3 , 1 sin ) ( n n t n a t u w w7.2.1计算法 和 调制 法 PWM波

9、的 生 成方 法 6. 特定 谐波 消去法 （ Selected Harmonic Elimination PWM SHEPWM） 0 ) 5 cos 2 5 cos 2 5 cos 2 1 ( 5 2 3 2 1 d 5 = - + - = a a a p U a ) cos 2 cos 2 cos 2 1 ( 2 3 2 1 d 1 a a a p - + - = U a ) cos 2 cos 2 cos 2 1 ( 2 3 2 1 d a a a p n n n n U a n - + - = = = ,. 5 , 3 , 1 sin ) ( n n t n a t u w w 其中

10、： a 1 为 基 波 分 量的幅 值 ， 可根 据 实际要求确 定 ； a 3 为 3次谐波 分 量的幅 值 ， ； 通 常可 令 a =0、 a =0， 即可 p 2 5p 0 ) 7 cos 2 7 cos 2 7 cos 2 1 ( 7 2 3 2 1 d 7 = - + - = a a a p U a 通 常可 令 a 5 =0、 a 7 =0， 即可 消去 5次 和 7次谐波。 迭代求解该 方 程组 ， 可得 1、 2、 37.2.1计算法 和 调制 法 PWM波的 生 成方 法 6. 特定 谐波 消去法 （ Selected Harmonic Elimination PWM SH

11、EPWM） 结论 ： 一 般地 ， 如果在 输出电 压 半个周期 内 开关器件通 、 断各 k k 次，考 虑到 PWM波 四分之 一周期对称， 共有 k个开关 时刻 可以 控制。 除了 用一个 自由度来 控制 基 波幅 值外 ， 可消去 k 1个 频率 的特定谐波。 k越大 ，开关 时刻 的计算 越复杂 。7.2.2同步 调制 和 异步 调制 （ 1） 载 波 比 ： 载 波频率 f c 与 调制 信号 频率 f r 之比 ， N =f c / f r 。 （ 2） 异步 调制 ： 载 波 信号 和调制 信号 不 保持同步 的调制方式， 即 N 值 不 断 变 化 ， 称 为 异步 调制 。

12、 特点 ： 保持载 波频率 f c 固定 不变， 这样 当调制 信号 频率 f r 变 化 时， 载 波 比 N 是变 化 的 。 时， 载 波 比 N 是变 化 的 。 （ 3） 同步 调制 ：在逆变器输出变频 工作 时， 使载 波 与 调制 信号 波 保持同步 的调制方式， 即改 变调制 信号 波频率的 同 时成 正比 的 改 变 载 波频率， 保持载 波 比 N 等于 常数， 称 为 同步 调制 。 （ 4） 分段同步 调制 ： 把 逆变电路的输出频率 范围划分 成 若 干个 频 段 ， 每个 频 段 内 保持载 波 比 N为 恒 定 （ 同步 调制），不 同 频 段 内 的 载 波 比

13、 不 同 （ 异步 调制）1. 同 步 调制 N固 定 值 ： 例当 f r 2f r 时 ， N 14 变频输出 改 变调制波频率 载 波频率 同 时成 正比改 变 N 不变1. 异步 调制 f C 固 定 但 N不 确 定： 例当 f r 2f r 时 ， N=14 N=7 变频输出 改 变调制波频率 但 载 波频率不变 N将 不 断 变 化7.2.3自然采 样法 和 规则采 样法 t 0 u t A t B t D T c u c u r 自然采样 法： 在 调制波 与载 波的 自然交 点 时刻 u o 0 t c 在 调制波 与载 波的 自然交 点 时刻 控制 功率 器件的通断。 需花

14、费大 量计算 时间 控制 实时性 ？7.2.3自然采 样法 和 规则采 样法 t 0 u t A t B t D A B D T c u c u r 规则采样 法： 在 等 腰三角载 波的 负峰时刻 t D 采 样 调制波 值 ， 过 D作一 水 平直 线 与 等 腰三角载 波相 交 于 A、 B， 分 u o 0 t c 与 等 腰三角载 波相 交 于 A、 B， 分 别 在 t A 、 t B 时刻 控制 功率 器件的通 断。 大大 减少 了 计算 时间 控制 实时性 好 、 工 程实 用 性 强！7.2.3自然采 样法 和 规则采 样法 t 0 u t A t B t D A B D T

15、 c u c u r t 0 u t A t B t D T c u c u r 新概念 ： 调制 度 a u o 0 t c u o 0 t c 优 点： 计算量 大大 减少7.2.4 PWM电路的谐波 分 析 单 相逆变电路 、 双极 性 调制方 式 下， 输出电 压 波形中所含谐波 频率 ： 式 中： n=1,3,5, 时 ， k=0,2,4, n=2,4,6, 时 ， k=1,3,5, r k n w w c 不含 频率 为整 数 倍 c 的谐波 三 相逆变电路 、 双极 性 调制方 式 下， 输出 线 电 压 波形中所含谐波 频率 ： 式 中： n=1,3,5, 时 ， k=3(2m-1) 1 n=2,4,6, 时 ， k=1,(6m 1) m=1,2,3, r k n w w c7.3PWM 跟踪 控制技术 7.3.1 滞环 比 较 方式 把 期望输出波形作为 指 令 信号 i*， 把 实际 输出的波形 作为 反馈信号 i，通 过 两者 的 瞬 时值 比较 来 决 定逆变电 滞环比较器 的 瞬 时值 比较 来 决 定逆变电 路各 功率 开关器件的通断， 使 实际 的输出 跟踪指 令 信号 变 化 。 2 i 滞