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1、PWM调制技术介绍,2010年6月26日,吴学智,目 录 PWM控制技术的基本原理 PWM控制技术的实现方式 PWM控制技术的应用实例 总结,PWM控制技术的基本原理,PWM控制脉冲宽度调制技术 1、目的：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值），实现波形重组 2、应用场合：逆变电路、脉冲整流、矩阵变换器、直流斩波、斩控式交流调压 3、PWM技术在逆变电路中的发展最快，主要以逆变电路为主介绍PWM技术,PWM控制技术的基本原理,PWM控制理论基础 1、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 2、冲量指窄脉冲的面积 3、效果基本相同，是指环
2、节的输出响应波形低频段非常接近，仅在高频段略有差异,PWM控制技术的实现,PWM技术的种类 1、正弦调制PWM（SPWM） 2、优化PWM 3、电流控制PWM 4、空间矢量调制PWM（SVPWM）,PWM控制技术的基本原理,如何实现SPWM 1、用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 2、正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等 3、用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等 4、矩形脉冲宽度按正弦规律变化,PWM控制技术的实现,SPWM的实现 1、计算法 根据基波频率、幅值和调制频率，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔来控制逆变电路开关器件的通断 当
3、输出基波波形的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化 2、调制法 采用调制频率的高频信号作为载波，输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM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,PWM控制技术的实现,三相SPWM的实现,PWM控制技术的实现,三相SPWM的实现 1、上管和下管波形互补 2、当调制信号大于载波信号时，给上管导通信号，小于时给下管导通信号 3、PWM波形只有两种电平，输出线电压三种电平，负载相电压五种电平组成,PWM控制技术的实现,SPWM的数字实现 1、自然采样法 要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多 2、规则采样 效果接近自
4、然采样法，计算量小得多,PWM控制技术的实现,SPWM的主要谐波成分（共用载波）,PWM控制技术的实现,SPWM的特点1、优点：实现简单、输出波形好2、缺点：开关频率比较高、电压利用率低,PWM控制技术的实现,SPWM的改进 原因：在相电压中加入相同成分，线电压中不体现 改进1：加入三次谐波以提高直流电压利用率,PWM控制技术的实现,SPWM的改进 改进2：加入电压为的直流分量降低开关频率,PWM控制技术的实现,优化PWM算法的原理 基于某项优化指标，计算出各个开关管在特定开关角度的触发脉冲。 优化PWM算法的控制目标 消除特定谐波（SHE）、谐波电流最小化、电机转矩和转速脉动最优等优化方式。
5、,PWM控制技术的实现,特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理 1、输出电压波形为四分之一周期对称波形（/2和/2对称） 2、输出电压半周期内，器件通、断各3次（不包括0和），共6个开关时刻可控,PWM控制技术的实现,特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理,确定a1的值，再令两个不同的an=0，就可建三个方程，求得,PWM控制技术的实现,特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理 在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波相互抵消，可考虑消去5次和7次谐波，得如下联立方程：,PWM控制技术的实现,特定谐波消除PWM（SHEPWM）的实现 1、在输出电压半周期内器件通、断各k次，考虑PWM
6、波四分之一周期对称，k个开关时刻可控，除用一个控制基波幅值，可消去k1个频率的特定谐波 2、由于优化算法比较复杂，很难实时实现，所以通常采用查表的方式。,PWM控制技术的实现,优化PWM算法的特点 1、优点：开关频率低，直流电压利用率高，适用于大功率变流器 2、缺点：难实现实时计算，动态特性差，计算精度低,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的原理 电流控制PWM仍为电压型逆变器，并非电流型逆变器 1、很多场合要求逆变器输出电流波形，因此直接对输出电流进行闭环控制，可以达到更好的性能。 2、通过给定电流与实际输出电流相比较，通过误差值控制功率开关的开关脉冲。 3、实现方式包括：次振荡方式、滞环
7、比较方式、预测电流控制方式等。,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的实现 1、次振荡方式,优点：实现简单，开关频率恒定 缺点：动态性能差，电流具有跟踪误差,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的实现 1、次振荡方式加入反电势前馈,优点：引入反电势信号前馈后可提高动态性能 缺点：反电势计算困难,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的实现 2、滞环电流PWM,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的实现 2、滞环电流PWM 优点：电流动态响应速度快，鲁棒性好，结构简单，输出电压波形中不含特定频率的谐波 缺点：开关频率随着不同的运行状况变化剧烈，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多,PWM控制技术
8、的实现,电流控制PWM的实现 2、滞环电流PWM开关频率恒定改进方式一 根据指令电流的变化率动态地调整滞环宽度，频率升高时增加环宽，反之则降低，使开关频率基本保持不变。,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的实现 2、滞环电流PWM 开关频率恒定改进方式二 根据开关频率动态调整滞环宽度，频率升高时增加环宽，反之则降低，使开关频率基本保持不变。,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的实现 2、滞环电流PWM 开关频率恒定改进方式 优点：实现了开关频率基本恒定 缺点：需要通过系统参数计算实现，需要在控制快速性、准确性与开关频率间作出协调,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的实现 3、同步采样方式
9、,优点：开关频率基本恒定，结构简单，鲁棒性强 缺点：控制带宽低，由反电势引起的电流变化率不同导致电流波形差,PWM控制技术的实现,电流控制PWM的实现 4、预测电流控制方式 根据变流器的数学模型，由给定电流和实际电流的误差计算得到所需输出的电压，再由其他方式生成所需要的输出电压 优点：输出电流波形好，开关频率恒定 缺点：需要精确的变流器数学模型，算法非常复杂，计算量很大,PWM控制技术的实现,空间矢量PWM（SVPWM）的原理,PWM控制技术的实现,空间矢量PWM（SVPWM）的实现,PWM控制技术的实现,空间矢量PWM（SVPWM）的实现原则 1、将逆变器的各个输出状态转换到静止直角坐标系中
10、，形成空间电压矢量分布 2、利用相邻的四个输出状态组合合成任意输出电压矢量 3、合成的原则是等效作用时间相等。,PWM控制技术的实现,空间矢量PWM（SVPWM）的实现 4段式SVPWM：本周期从0矢量出发到7矢量；下个周期再7矢量出发到0矢量。,PWM控制技术的实现,空间矢量PWM（SVPWM）的实现 7段式SVPWM：一个周期内从0矢量出发回到0矢量,PWM控制技术的实现,SVPWM的实现 空间电压矢量的计算：基于非正交基底（相邻两个基本电压矢量）的计算,PWM控制技术的实现,SVPWM计算的基本步骤的实现原则 1、根据所选用的控制方法计算电压矢量 2、判断所属扇区，并选择相关的基本矢量并
11、计算其幅值 3、计算相关有效基本矢量的作用时间t1、t2和零矢量作用时间t0和t7 4、按时间序列发出三相PWM信号,PWM控制技术的实现,SVPWM算法的特点 1、优点：直流电压利用率高、动态特性好、软件实现方便、与控制算法良好的接口 2、缺点：计算量稍大,PWM控制技术的实现,PWM技术研究的热点问题 1、死区补偿问题 为防止贯穿短路引入死区时间 死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定 低速、轻载时死区时间会带来较大的影响,PWM控制技术的实现,PWM技术研究的热点问题 2、PWM技术在多电平逆变器中的应用 可选矢量增加导致选择的难度 结合PWM技术实现电压控制,PWM控制技术的实现,
12、PWM技术研究的热点问题 3、PWM技术在多相电机及多重化控制中的应用 可选矢量增加导致选择的难度 结合PWM技术实现输出波形改善 结合PWM技术实现输出功率平衡,PWM控制技术的应用实例,PWM整流电路的工作原理,PWM控制技术的应用实例,PWM整流电路的工作原理,PWM控制技术的应用实例,PWM整流电路的工作原理 间接电流控制,PWM控制技术的应用实例,PWM整流电路的工作原理 直接电流控制：电流滞环控制PWM,PWM控制技术的实现,PWM整流电路的工作原理 直接电流控制：预测电流控制PWM,总结 PWM技术在电力电子技术中应用广泛，并对其影响深远 两电平的PWM技术基本已经成熟，多电平及多重化的PWM技术仍需进一步研究 由于电流控制PWM的优点，需要进行深入研究 由于PWM技术带来的谐波问题需要进行研究,目 录,默认字体,谢 谢 ！,
