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1、pwm逆变电路应用学习要点计划电力电子技术课程大作业/14设计题目：PWM电路的应用学生所在系部：电子工程系学生所在专业：自动化学生所在班级：学生姓名：#学生学号：#任课教师姓名：大作业成绩：PWM逆变电路的应用一、大纲跟着控制技术的发展和对设备性能要求的不停提升，好多行业的用电设备不再直接接入交流电网，而是通过电力电子功率变换获取电能，它们的幅值、频率、稳固度及变化形式因用电设备的不一样而不尽相同。如通讯电源、电弧焊电源、电动机变频调速器、加热电源、绿色照明电源、不中止电源、充电器等等，它们所使用的电能都是经过对电网能进行整流和逆变变换后所获取的。所以，高质量的逆变电路已成为电源技术的重要研
2、究对象。采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不一样的窄脉冲加在拥有惯性的环节上时，其成效基实情同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端获取一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来取代正弦波或其余所需要的波形。按必定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。PWM控制的基根源理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的限制，在上世纪80年月从前向来未能实现。直到进入上世纪80年月，跟着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真切获取应用。跟着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发
3、展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获取了空前的发展。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。此刻大批应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM逆变电路。可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟，才确立了它在电力电子技术中的重要地位。二、基本设计指标：冲量相等而形状不一样的窄脉冲加在拥有惯性的环节上时，其成效基实情同。冲量指窄脉冲的面积。成效基实情同，是指环节的输出响应波形基实情同。低频段特别凑近，仅在高频段略有差异。图1-1形状不一样而冲量相同的各种窄脉冲1.面积等效原理分别将如图1-1所示的电压窄
4、脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图1-2a所示。其输出电流i(t)对不一样窄脉冲时的响应波形如图1-2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上涨段，i(t)的形状也略有不一样，但其降落段则几乎完整相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。假如周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特征将特别凑近，仅在高频段有所不一样。用一系列等幅不等宽的脉冲来取代一个正弦半波，正弦半波N均分，看作N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲取代，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。上述原理可以称为面积等效原
5、理，它是PWM控制技术的重要理论基础。下边解析用一系列等幅不等宽的脉冲来取代一个正弦半波。图1-3可以看到把半波分成N等份，就可以把正弦半波看作N个相互相连的脉冲序列构成的波形，而后切脉冲序列利用相同数目的等幅而不等宽的矩形脉冲取代，使它们面积相等，就可以获取脉冲序列。依据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。图1-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形图1-3用PWM波取代正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比率改变各脉冲宽度即可。PWM逆变电路及其控制方法目前中小功率的逆变电路几乎都采纳PWM技术。逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用处合。PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目
6、前适用的几乎都是电压型。2.1计算法和调制法计算法依据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，正确计算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，即可获取所需PWM波形。弊端：繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化调制法输出波形作调制信号，进行调制获取希望的PWM波；平时采纳等腰三角波或锯齿波作为载波；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；与任一缓和变化的调制信号波订交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，吻合PWM的要求。调制信号波为正弦波时，获取的就是SPWM波；调制信号不是正弦波，而是其余所需波形时，也能获取等效的PWM波
7、。联合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明：设负载为阻感负载，工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。控制规律：u0正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断，负载电流比电压滞后，在电压u正半周，电流有一段为正，一段为负，负载电流为正区间，V1和V4导通时，u0等于Ud，V4关断时，负载电流经过V1和VD3续流，u0=0，负载电流为负区间，i0为负，实质上从VD1和VD4流过，仍有u0=Ud，V4断，V3通后，i0从V3和VD1续流，u0=0，u0总可获取Ud和零两种电平。u0负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，u0可得-Ud和零两种电平。图2-1单相桥式P
8、WM逆变电路单极性PWM控制方式（单相桥逆变）：在ur和uc的交点时辰控制IGBT的通断。ur正半周，V1保持通，V2保持断，当uruc时使V4通，V3断，u0=Ud，当uruc时使V4断，V3通，u0=0。ur负半周，V1保持断，V2保持通，当uruc时使V3断，V4通，u0=0，虚线u0f表示u0的基波重量。波形见图2-2。图2-2单极性PWM控制方式波形防直通死区时间：同一相上下两臂的信号互，防范上下臂直通造成短路，留一小段上下臂都施加关断信号的死区。死区的短主要由器件关断决定。死区会出PWM波来影响，使其稍稍偏离正弦波。特定波消去法(SelectedHarmonicEliminatio
9、nPWMSHEPWM)：算法中一种有代表性的方法，2-3。出半周期内，器件通、断各3次（不包含0和），共6个开关刻可控。减少波并化控制，要尽量使波形称。第一，除掉偶次波，使波形正两半周期称，即：u(t)u(t)(2-1)其次，除掉波中余弦，使波形在半周期内前后1/4周期以/2称。u(t)u(t)(2-2)四分之一周期称波形，用傅里叶数表示：u(t)ansinntn1,3,5,.2-3特定波消去法的出PWM波形式中，a42u(t)sinntdtann02-3，能独立控制a1、a2和a3共3个刻。波形的an4a1Udsinnan20a3Udsinntdta222Ud(12cosn1n式中n=1,3
10、,5,确立a1的，再令两个不一样的tdta2Udsinnt)dt(a122(Udsinnt)dta322cosn22cosn3)(2-4)an=0，即可建三个方程，求得a1、a2和a3。消去两种特定频率的谐波：在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波互相抵消，可考虑消去5次和7次谐波，得以下联立方程：2Uda12Uda552Uda77给定a1，解方程可得(12cos12cos22cos3)（2-5）(12cos512cos522cos53)0（2-6）(12cos712cos722cos73)0（2-7）a1、a2和a3。a1变，a1、a2和a3也相应改变。一般，在输出电压半周期内器件通
11、、断各k次，考虑PWM波四分之一周期对称，k个开关时辰可控，除用一个控制基波幅值，可消去k1个频率的特定谐波，k越大，开关时辰的计算越复杂。3.调制方式载波比载波频率fc与调制信号频率fr之比，N=fcfr。依据载波和信号波能否同步及载波比的变化状况，PWM调制方式分为异步伐制和同步伐制：3.1异步伐制异步伐制载波信号和调制信号不一样步的调制方式。平时保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的。在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数许多，脉冲不对称的不利影响都较小，当f
12、r增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大。所以，在采纳异步伐制方式时，希望采纳较高的载波频率，以使在信号波频率较高时还能保持较大的载波比。3.2同步伐制同步伐制N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。基本同步伐制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相，公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称。为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。当N=9时的同步伐制三相PWM波形如图3-1所示。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除，fr很高时，fc会过高，使开关器难以承受。为了战胜上述弊端，可以采纳分段同步伐制的方法。把f
13、r范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不一样频段N不一样。在fr高的频段采纳较低的N，使载波频率不致过高，在fr低的频段采纳较高的N，使载波频率不致过低。图3-2分段同步伐制一例,为防范fc在切换点周边往返跳动，采纳滞后切换的方法。同步伐制比异步伐制复杂，但用微机控制时简单实现。可在低频输出时采纳异步伐制方式，高频输出时切换到同步伐制方式，这样把二者的长处联合起来，和分段同步方式成效凑近。图3-1同步伐制三相PWM波形图3-2分段同步伐制方式举例PWM逆变电路的谐波解析使用载波对正弦信号波调制，产生了和载波有关的谐波重量。谐波频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要指标之一。解析方法：不一样信号波周期的PWM波不一样，没法直接以信号波周期为基准解析，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，解析过程相当复杂，结论却简单而直观。4.1相的解析果不一
