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1、第第5章章 PWM逆变器逆变器六拍控制逆变器存在的主要问题六拍控制逆变器存在的主要问题: :主电路两个变流器整流器和逆变器需求协调主电路两个变流器整流器和逆变器需求协调控制控制, ,即必需采用二级控制即必需采用二级控制; ;交流输入侧功率因数差交流输入侧功率因数差; ;逆变器输出谐波成分大。逆变器输出谐波成分大。处理途径处理途径: l消费公用电机消费公用电机(变频电动机变频电动机)。l采用逆变器多重化联接。采用逆变器多重化联接。l运用动力滤波器。运用动力滤波器。l运用运用PWM控制技术。控制技术。l 即逆变器一个任务周期中，其开关元即逆变器一个任务周期中，其开关元件根据目的函数要求按一定规律作
2、多次开关件根据目的函数要求按一定规律作多次开关任务，称为基于任务，称为基于PWM控制技术的逆变器。控制技术的逆变器。目的函数目的函数: PWM技术技术:l电压正弦波电压正弦波 SPWM l电流正弦波电流正弦波 CHBPWMl圆形旋转磁场圆形旋转磁场 SVPWMl消除制定次数谐波消除制定次数谐波 SHEPWM第第1 1节节 PWM PWM逆变器的根本任务原理逆变器的根本任务原理一、一、PWM逆变器与普通型逆变器与普通型6拍控制逆变器的区别：拍控制逆变器的区别：1逆变桥上的开关电力元件的选择不同。逆变桥上的开关电力元件的选择不同。PWM逆变器逆变器-开关元器件应具有可控开、关特性，且开关元器件应具
3、有可控开、关特性，且开关频率很高。如开关频率很高。如GTR、MOSFET、GTO、IGBT器件。器件。不需求强迫换流电路。不需求强迫换流电路。6拍控制逆变器拍控制逆变器-开关元器件运用可控开不可控关特性，开关元器件运用可控开不可控关特性，且开关频率要求不高。如晶闸管且开关频率要求不高。如晶闸管SCR。必需附有强迫换。必需附有强迫换流电路。流电路。2逆变器触发控制脉冲构成方式不同逆变器触发控制脉冲构成方式不同PWMPWM逆变器逆变器-采用高频载波信号与参考信号采用高频载波信号与参考信号( (即期望目的即期望目的) )比较构成比较构成触发控制脉冲。逆变器上每个开关元件在一个控制周期内多次通触发控制
4、脉冲。逆变器上每个开关元件在一个控制周期内多次通断。断。普通型普通型6 6拍逆变器拍逆变器-按每隔按每隔600600对应对应1/6f11/6f1定时产生时序触发控定时产生时序触发控制脉冲。逆变器上每个开关元件在一个控制周期内仅一次通断。制脉冲。逆变器上每个开关元件在一个控制周期内仅一次通断。3变压变频的方式不同变压变频的方式不同 脉宽调制型变频器脉宽调制型变频器-运用了现代全控型电力电子器件构成运用了现代全控型电力电子器件构成逆变器，接电网侧采用了二极管整流器，功率因数很高。逆变器，接电网侧采用了二极管整流器，功率因数很高。 调压调压调频在逆变器侧单级控制。调频在逆变器侧单级控制。 6拍控制变
5、频器拍控制变频器-电压频率协调控制普通采用整流器调压，交电压频率协调控制普通采用整流器调压，交流输入侧功率因数低。逆变器调频流输入侧功率因数低。逆变器调频,必需是两级控制。必需是两级控制。4逆变器输出谐波成分及幅度不同逆变器输出谐波成分及幅度不同PWMPWM逆变器逆变器-输出电压或电流波形有明显改善，谐波成分及输出电压或电流波形有明显改善，谐波成分及幅度减少。幅度减少。6 6拍控制逆变器拍控制逆变器-输出电压或电流为矩形波，谐波含量大。输出电压或电流为矩形波，谐波含量大。二、单相二、单相PWM逆变器任务原理逆变器任务原理 PWM PWM逆变器中，功率开关元器件要求运用开关频逆变器中，功率开关元
6、器件要求运用开关频率高的电力元件，且电力开关元件可控开断。因此率高的电力元件，且电力开关元件可控开断。因此普通晶闸管不具备上述要求，普通晶闸管不具备上述要求，GTOGTO、GTRGTR、IGBTIGBT、MOSFETMOSFET等电力元件均符合上述要求。等电力元件均符合上述要求。阐明：逆变器脉宽调制信号设计留意两点阐明：逆变器脉宽调制信号设计留意两点1 1尽量减少开关损耗；尽量减少开关损耗；2 2续流阶段必需保证同桥臂上下开关元件任务形状续流阶段必需保证同桥臂上下开关元件任务形状相反。相反。逆变器桥各开关元件逆变器桥各开关元件PWM触发信号设计原理如下触发信号设计原理如下单相逆变器主电路单相逆
7、变器主电路Vg1Vg2Vg3Vg4脉宽调制方式有：脉宽调制方式有： 按载波信号和调制信号的极性划分按载波信号和调制信号的极性划分-1单极性调制；单极性调制；2双双极性调制。极性调制。按按载波信号和波信号和调制信号制信号频率关系率关系载波比波比N=fc/fr划分划分为:1同步伐制同步伐制 载波比波比N等于常数等于常数时称同步伐制方式。称同步伐制方式。优点点:在逆在逆变器器输出出频率率变化的整个范化的整个范围内，皆可内，皆可坚持持输出波出波形的正、形的正、负半波完全半波完全对称，只需奇次称，只需奇次谐波存在。而且能波存在。而且能严厉保保证逆逆变器器输出三相波形之出三相波形之间具有具有120相位移的
8、相位移的对称关称关系。系。缺陷缺陷:当逆当逆变器器输出出频率很低率很低时，每个周期内的，每个周期内的PWM脉冲数脉冲数过少，低少，低频谐波分量波分量较大，使大，使负载电动机机产生生转矩脉矩脉动和噪和噪声。声。2异步伐制异步伐制 在逆变器的整个变频范围内，载波比在逆变器的整个变频范围内，载波比N 不是一个常不是一个常数。普通在改动调制波频率数。普通在改动调制波频率fr 时坚持三角波频率时坚持三角波频率fc 不变，不变，因此提高了低频时的载波比，这样逆变器输出电压每个因此提高了低频时的载波比，这样逆变器输出电压每个周期内周期内PWM脉冲数可随输出频率的降低而添加，相应地脉冲数可随输出频率的降低而添
9、加，相应地可减少负载电动机的转矩脉动与噪声，改善了调速系统可减少负载电动机的转矩脉动与噪声，改善了调速系统的低频任务特性。但异步伐制方式在改善低频任务性能的低频任务特性。但异步伐制方式在改善低频任务性能的同时，又失去了同步伐制的优点。当载波比的同时，又失去了同步伐制的优点。当载波比N 随着输随着输出频率的降低而延续变化时，它不能够总是出频率的降低而延续变化时，它不能够总是3的倍数势的倍数势必使输出电压波形及其相位都发生变化，难以坚持三相必使输出电压波形及其相位都发生变化，难以坚持三相输出的对称性，因此引起电动机任务不平稳。输出的对称性，因此引起电动机任务不平稳。(3)分段同步伐制方式分段同步伐
10、制方式 实践运用中，多采用分段同步伐制方式，它集实践运用中，多采用分段同步伐制方式，它集同步和异步伐制方式之所长，而抑制了两者的缺同步和异步伐制方式之所长，而抑制了两者的缺乏。在一定频率范围内采用同步伐制，以坚持输乏。在一定频率范围内采用同步伐制，以坚持输出波形对称的优点，在低频运转时，使载波比分出波形对称的优点，在低频运转时，使载波比分级地增大，以采用异步伐制的优点，这就是分段级地增大，以采用异步伐制的优点，这就是分段同步伐制方式。详细地说，把整个变频范围划分同步伐制方式。详细地说，把整个变频范围划分为假设干频段，在每个频段内都维持为假设干频段，在每个频段内都维持N 恒定，而恒定，而对不同的
11、频段取不同的对不同的频段取不同的N 值，频率低时，值，频率低时，N 值取值取大些。采用分段同步伐制方式，需求添加调制脉大些。采用分段同步伐制方式，需求添加调制脉冲切换电路，从而添加控制电路的复杂性。冲切换电路，从而添加控制电路的复杂性。问题：l载波比载波比N和调制系数和调制系数M?l如何实如今逆变器上电压频率一级协调控制？如何实如今逆变器上电压频率一级协调控制？l什么叫同步伐制什么叫同步伐制?什么叫异步伐制什么叫异步伐制?分段什么叫分段什么叫同步伐制？同步伐制？l什么是双极调制和单极调制？什么是双极调制和单极调制？三、变压变频调速系统中的脉宽调制三、变压变频调速系统中的脉宽调制PWM技技术简述
12、术简述 1、正弦波脉宽调制SPWM技术-期望逆变器输出电压波形为正弦波 以正弦波作为调制波Modulation wave，以频率比调制波高得多的等腰三角波作为载波Carrier wave，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时辰，从而获得两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。 这 种 调 制 方 法 称 作 正 弦 波 脉 宽 调 制 Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM，这种序列的矩形波称作SPWM波。PWM逆变器主电路及输出波形逆变器主电路及输出波形VT1/VT4VT3/VT6VT5/VT2UruUrvUrwUC归纳归纳 调制信号正极性脉冲为上
13、桥臂导通触发脉冲,负极性脉冲为下桥臂导通触发脉冲。 逆变器输出的相电压与逆变桥对应相调制脉冲串一致。 逆变器输出的线电压与逆变桥对应两相调制脉冲串的逻辑与一致即 。2 2、电流滞环跟踪、电流滞环跟踪PWMPWMCHBPWMCHBPWM控制技术控制技术-期望逆变器输出电流为正弦波期望逆变器输出电流为正弦波 在电机中，实践需求保证的应该是正弦波电流，由于在交流电机绕组中只需通入三相平衡的正弦电流才干使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。 对电流实行闭环反响，并以电流滞环跟踪构成触发脉冲信号的方法，称为电流滞环跟踪PWMCHBPWM- Current Hysteresis Band PWM 控制技
14、术。 具有电流滞环跟踪具有电流滞环跟踪PWM控制的控制的PWM变压变频器的控变压变频器的控制原理如下图：制原理如下图：VT1VT4 输出电流与给定值之间的偏向坚持在 范围内，在正弦波上下作锯齿状变化。 电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还遭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；假设环宽太小，电流波形虽然较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的要素，适用中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽能够小的环宽。滞环电流跟踪滞环电流跟踪PWM方法有下述优点：方法有下述优点：简单；简单； 动态呼应快；动态呼应快； 直接限制开关
15、器件峰值电流；直接限制开关器件峰值电流； 对直流电压对直流电压Ud 的动摇不敏感的动摇不敏感,滤波电容可以滤波电容可以取小。取小。各种新的脉宽调制法层出不穷。再比如各种新的脉宽调制法层出不穷。再比如:3、瞬时空间矢量控制法又称磁场轨迹、瞬时空间矢量控制法又称磁场轨迹PWM法、法、或称电压空间矢量或称电压空间矢量PWM 即即SVPWM调制技术，经过这种控制方法，调制技术，经过这种控制方法，使异步电动机定子绕组产生的磁场接近圆形轨使异步电动机定子绕组产生的磁场接近圆形轨迹。迹。4、梯形、梯形PWM见见935、优化阶梯波、优化阶梯波PWM见见946、单元脉宽调制见、单元脉宽调制见88第第2节节 脉宽
16、调制技术脉宽调制技术l 脉宽调制方式对脉宽调制方式对PWM逆变器输出电压波形逆变器输出电压波形的质量和交流调速系统的性能具有根本性的影的质量和交流调速系统的性能具有根本性的影响。响。l 在诸多脉宽调制方法中，有的偏重于提高在诸多脉宽调制方法中，有的偏重于提高输出波形的质量，消除或抑制高次谐波；有的输出波形的质量，消除或抑制高次谐波；有的偏重于减少逆变器的开关损耗，或提高系统的偏重于减少逆变器的开关损耗，或提高系统的综合效率；有的那么偏重于在技术上的可实现综合效率；有的那么偏重于在技术上的可实现性。性。一、正弦一、正弦PWMSPWM一一SPWM波形分析及开关点计算波形分析及开关点计算设载波三角波
17、四分之一周期角度波三角波四分之一周期角度为s，并并设载波比波比设三角波峰值为设三角波峰值为Ac,第第i个开关处，载波三角波个开关处，载波三角波VCi可可表示为：表示为：/2N二二 SPWM的改良的改良SPWM 的优点：的优点： 再不超调制再不超调制M1，超过调制，超过调制，控制不在是线性，且在线性至非线性的过渡区，调制控制不在是线性，且在线性至非线性的过渡区，调制波形中间部分的槽宽忽然消逝，会引起电漂泊涌。波形中间部分的槽宽忽然消逝，会引起电漂泊涌。2功率开关器件一周期内开关次数多，限功率开关器件一周期内开关次数多，限制了逆变器的实践运用容量。制了逆变器的实践运用容量。3开关点计算量大，不易用
18、计算机在线计开关点计算量大，不易用计算机在线计算开关点进展实时控制。算开关点进展实时控制。SPWM一些改良措施：一些改良措施：1参与谐波的参与谐波的SPWM又称为又称为HIPWM 针对线性控制区域小这一缺陷，为拓宽线性控制针对线性控制区域小这一缺陷，为拓宽线性控制范围，可采用如下参考信号：范围，可采用如下参考信号： 采用HIPWM，与SPWM相比，线电压输出有的谐波分量添加了一些，有的减少了，但在临界调制情况下，输出较大的基波电压，提高了直流电压的利用率，而开关次数与SPWM方式一样。(2) 基于规那么采样技术及采样坚持原理的基于规那么采样技术及采样坚持原理的PWM波形构成波形构成法法 基于规
19、那么采样及坚持原理基于规那么采样及坚持原理PWM调制法的根本思想是调制法的根本思想是: 在高频载波三角波每个正向峰值点处在高频载波三角波每个正向峰值点处,对参考信号正弦对参考信号正弦波进展采样波进展采样,并将采样值坚持到下一个采样时辰并将采样值坚持到下一个采样时辰,用对参考用对参考波的采样坚持信号与载波信号比较波的采样坚持信号与载波信号比较,产生调制脉冲信号。产生调制脉冲信号。 这种方法易于计算机在线计算每个控制周期内调制脉这种方法易于计算机在线计算每个控制周期内调制脉冲信号各开关点。冲信号各开关点。 由图可知由图可知代入上关系式代入上关系式,得得三、单元调制三、单元调制PWM法法 这种方法可
20、以减少低次谐波含量，添加线性控制区，这种方法可以减少低次谐波含量，添加线性控制区，减少开关损耗，带来微机控制的方便。减少开关损耗，带来微机控制的方便。单元脉宽调制原理单元脉宽调制原理 三相对称线电压有关系：三相对称线电压有关系：Uab+Ubc+Uca=0 恣意时辰，某一线电压都等于另外两个线电压负值之恣意时辰，某一线电压都等于另外两个线电压负值之和。和。 如今把一个周期分为如今把一个周期分为6个区间，每区间个区间，每区间600。半个周。半个周期两边期两边600区间用线电压本身表示，中间区间用线电压本身表示，中间600区间用另区间用另外两线电压负值之和表示。外两线电压负值之和表示。用此信号作为参
21、考信号用此信号作为参考信号载波信号仍用三角波。参考信号和三角波信号比较产生调制脉冲。载波信号仍用三角波。参考信号和三角波信号比较产生调制脉冲。如以下图。定义每周期如以下图。定义每周期6个单元区间调制脉冲分别为：个单元区间调制脉冲分别为：P1、P2、P3、- P1、-P2、-P3。P2P1P3-P1-P2-P3规律：规律：1、P2脉冲序列是由脉冲序列是由 P1+P3脉冲序列组成。脉冲序列组成。2、三相线电压调制脉冲相互错开、三相线电压调制脉冲相互错开1200对称，对称，知知Uab调制脉冲，那么调制脉冲，那么Ubc ，Uca调制脉冲调制脉冲可以确定。可以确定。 单单元元单单元元脉脉冲冲060060
22、0 12001200 1800180024002400300030003600UABP1P2P3-P1-P2-P3UBC-P2-P3P1P2P3-P1UCAP3-P1-P2-P3P1P23、逆变器线电压输出与驱动脉冲信号间的逻辑关系、逆变器线电压输出与驱动脉冲信号间的逻辑关系 按照开关损耗最小和同桥上下桥臂通断形状互补以及功率平衡设按照开关损耗最小和同桥上下桥臂通断形状互补以及功率平衡设计原那么，以线电压调制脉冲为期望输出，可确定计原那么，以线电压调制脉冲为期望输出，可确定VT1VT6在一个在一个周期内的触发脉冲。以周期内的触发脉冲。以Uab为例，设计为例，设计g1、g3、g4、g6。逆变器中
23、各开关管各单元区间的驱动脉冲列号4、计算开关点、计算开关点 只需计算出P1脉冲列各开关点，利用对称关系就可以递推出P3脉冲列的各开关点，而P2脉冲列可由P2=P1+P3得到。 P1脉冲列中第i个脉冲前后两个开关点可由下两式求得：其中，m为单元内载波三角波的半个周期数。M为调制系数。 作业作业、设期望逆期望逆变器器输出出线电压在一个周期在一个周期6 6个个单元脉冲串分元脉冲串分别为P1P2P3-P1-P2-P3P1P2P3-P1-P2-P3。按三相。按三相线电压对称原那么，列出、各称原那么，列出、各单元元的脉冲列。的脉冲列。、按同一相正、按同一相正负桥臂开关元件形状互臂开关元件形状互补及开关及开
24、关损耗最小和功率平衡耗最小和功率平衡设计原那么原那么以及：以及： U U的的逻辑关系，关系，设计逆逆变器中各开关元件在各器中各开关元件在各单元区元区间的的驱动脉冲列号。脉冲列号。、取、取单元内元内载波三角形半波个数，波三角形半波个数，调制系数制系数. .，计算第算第单元元各开关点。各开关点。二、谐波消除法二、谐波消除法PWM调制调制 为了消除逆变器输出电压中的某些谐波,可以采用特定的调制脉冲。 右图给出了几种在方波上对称地开出一些槽口的波形，开的槽口数越多,可以消除的谐波数也越多。 以消除以消除5、7次谐波为例，阐明各开关点确实定方法次谐波为例，阐明各开关点确实定方法调和波消除原理调和波消除原
25、理: 将图b电压波形展开成傅立叶级数，其第n次谐波电压幅值可求得为：使输出基波电压幅值为所要求的使输出基波电压幅值为所要求的U1M，消除，消除5、7次谐次谐波，那么可列出如下方程组波，那么可列出如下方程组消除谐波求解开关角消除谐波求解开关角ai的方程组普通表达式：的方程组普通表达式：三、电压空间矢量三、电压空间矢量PWMSVPWM控制技术控制技术-期望电机定子磁链为圆形期望电机定子磁链为圆形 电压空间矢量PWMSVPWM，Space Vector PWM控制。 把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的任务，这种控制方法称作“磁链跟踪控制。(1). (1). 电压与磁链空
26、间矢量的关系电压与磁链空间矢量的关系 用合成空间矢量表示的定子电压方程式： 当电动机转速不是很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可忽略不计，那么定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为：l 当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链为：l 可见，定子磁链的幅值恒定，其空间矢量以同步转速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形称为磁链圆。由关系式 可见，当磁链矢量在空间圆形旋转时，电压矢量也延续地跟随磁链旋转方向旋转，其轨迹也是圆形，仅是两个空间矢量在相位上差900。这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。(2)、六拍阶梯波逆变器空间旋转磁场运、六拍阶梯波逆变器空间
27、旋转磁场运动轨迹动轨迹 在在常常规规1800导导通通型型变变压压变变频频调调速速系系统统中中，异异步步电电动动机机由由六六拍拍阶阶梯梯波波逆逆变变器器供供电电，这这时时的的电电压压空空间间矢矢量量运运动动轨轨迹迹和和空空间间旋旋转转磁磁场场运运动动轨轨迹迹是是怎怎样样的的呢？呢？序号序号开关形状开关形状电压矢量电压矢量1VT6、VT1、VT2V6122VT1、VT2、VT3V1233VT2、VT3、VT4V2344VT3、VT4、VT5V3455VT4、VT5、VT6V4566VT5、VT6、VT1V5617VT1、VT3、VT5V8VT4、VT6、VT2V462其中，前其中，前6个开关形状下
28、的空间电压为非零电压矢量，后两个开关形状下的电压为零个开关形状下的空间电压为非零电压矢量，后两个开关形状下的电压为零电压矢量，在六拍方式下不运用零电压矢量。电压矢量，在六拍方式下不运用零电压矢量。矢量电压：矢量电压： 可见，按6拍1800导通型控制，三相异步电动机定子绕组产生的磁场为旋转的等边六边形磁场。显然与圆形旋转磁场的理想要求相差很大。3、SVPWM控制技术 想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场，就必需在每一个600期间内出现多个任务形状，以构成更多的相位不同的电压空间矢量。 把逆变器的一个任务周期用把逆变器的一个任务周期用6个电压空间矢量划分成个电压空间矢量划分成6个区个区域域,称为扇区
29、称为扇区(Sector),每个扇区对应的时间均为每个扇区对应的时间均为600,在六拍逆变在六拍逆变器中一个扇区仅包含两个开关任务形状。为获得优于正六边形器中一个扇区仅包含两个开关任务形状。为获得优于正六边形的旋转磁场的旋转磁场,现将每个扇区再分成两个小扇区现将每个扇区再分成两个小扇区,每个小扇区包含每个小扇区包含t1、t2、t3时间段，同时每个小扇区包含两个开关形状，两个时间段，同时每个小扇区包含两个开关形状，两个任务形状在三个时间段交替切换，用线性组合的方法在每个扇任务形状在三个时间段交替切换，用线性组合的方法在每个扇区逼近圆弧的磁链运动轨迹。区逼近圆弧的磁链运动轨迹。各扇区多时段空间矢量分
30、配各扇区多时段空间矢量分配时 扇区间段 1 2 3 4 5 6t1t2t3t1t2t3例例 三相逆变电源驱动脉冲三相逆变电源驱动脉冲SVPWM设计设计 以给定频率下六拍控制的磁链六边形外切圆为控制目的，为逼近圆形旋转磁场，采用扇区内多个非零电压空间矢量与作用时间的线性组合。 如扇区I，为使磁链轨迹逼近圆弧，选取三种空间矢量用线性组合的方式来拟合，即 一个扇区的时间为 ，取 每次作用时间为单位脉冲时间， 每次作用时间为双脉冲时间，那么单位脉冲时间 。按上图规划各扇区电压矢量，得表矢量组合。扇区扇区时段时段t1U2110U3010U4011U3010U6101U1100t2U4011U5001U6
31、101U1100U2110U3010t3U2110U3010U4011U3010U6101U1100t4U3010U4011U3010U6101U1100U2110t5U2110U3010U4011U3010U6101U1100t6U4011U3010U6101U1100U2110U3010t7U3010U4011U3010U6101U1100U2110t8U4011U3010U6101U1100U2110U3010t9U2110U3010U4011U3010U6101U1100t10U4011U3010U6101U1100U2110U3010按表画出的逆变器各驱动脉冲信号如以下图所示。问题问
32、题1： SVPWM调制技术如何实现调制技术如何实现气隙磁通恒定？气隙磁通恒定？设系统最高频率为设系统最高频率为f1max,对应扇区时间为对应扇区时间为 在最高频率下恣意扇区下采用在最高频率下恣意扇区下采用SVPWM调制控制调制控制磁链增量为下式表示：磁链增量为下式表示： 当变频调速使频率减小时，每个扇区作用时间当变频调速使频率减小时，每个扇区作用时间将添加，假设依然采用和最高频率下的非零电压将添加，假设依然采用和最高频率下的非零电压作用的线性组合方式，从上式可知作用的线性组合方式，从上式可知 将随着频将随着频率的下降而添加。这不符合恒磁通变频调速原那率的下降而添加。这不符合恒磁通变频调速原那么
33、。为此可采用如下么。为此可采用如下SVPWM调制控制方法。调制控制方法。 即为维持变频调速过程中气隙磁通不变，SVPWM控制采用每个扇区多个非零电压空间矢量作用时间与零电压作用时间的线性组合。 在最高频率下，零电压作用时间t0=0. 问题问题2： 在低于在低于f1max 下的恣意频率下，按每扇区多下的恣意频率下，按每扇区多时段多个非零电压空间矢量作用时间与零电压作用时段多个非零电压空间矢量作用时间与零电压作用时间的线性组合切换控制的时间的线性组合切换控制的SVPWM调制方法，都调制方法，都能保证能保证 ：试证明之。试证明之。在在 频率下，每个扇区内非零电压矢量作用时频率下，每个扇区内非零电压矢
34、量作用时间间 ，零电压矢量作用时间，零电压矢量作用时间 ，在恣意频率下，在恣意频率下，1、根据结合方式的不同，重化次数的不同，阐明采、根据结合方式的不同，重化次数的不同，阐明采用多重化技术的逆变器输出电流谐波成分以及用多重化技术的逆变器输出电流谐波成分以及电动机脉动转矩谐波成分的构成规律。电动机脉动转矩谐波成分的构成规律。2、PWM变频器与普通型六拍控制变频器区别？变频器与普通型六拍控制变频器区别？3、SPWM、SVPWM、 CHBPWM三种调制技术的三种调制技术的根本思想是什么？根本思想是什么？知识回想知识回想4、 设用单元调制设用单元调制PWM法，法，Uab六个单元脉冲列号分别为：六个单元
35、脉冲列号分别为：P1、P2、P3、- P1、-P2、-P3。 写出三相线电压各单元的脉冲列号和逆变器中各开写出三相线电压各单元的脉冲列号和逆变器中各开关器件各单元区间的驱动脉冲列号。并阐明设计基于的关器件各单元区间的驱动脉冲列号。并阐明设计基于的原那么。原那么。5、概念：载波比；调制系数；同步伐制，异步伐制。、概念：载波比；调制系数；同步伐制，异步伐制。6、试画出带辅助晶闸管强迫换流电路的逆变器主、辅晶、试画出带辅助晶闸管强迫换流电路的逆变器主、辅晶闸管触发控制时序图。闸管触发控制时序图。第3节 PWM 调速系统f0系统可以实现的功能系统可以实现的功能l过压维护过压维护l过流维护过流维护l开环
36、开环U1/f1协调控制协调控制l低频段采用恒载波频率低频段采用恒载波频率f0的异步伐制的异步伐制PWM。高频段采用分级同步伐制方式。高频段采用分级同步伐制方式。N=96N=48N=24N=12frfcfcmaxfcmin概念概念l异步伐制异步伐制l同步伐制同步伐制l分级同步伐制分级同步伐制l普通只在低频段采用异步伐制方式，而在高频普通只在低频段采用异步伐制方式，而在高频段采用分级同步伐制。段采用分级同步伐制。 一个可变幅变频的三相正弦波参考信号可以用模拟一个可变幅变频的三相正弦波参考信号可以用模拟电路产生，线路复杂，调整困难；可以采用数据存储查电路产生，线路复杂，调整困难；可以采用数据存储查表
37、输出方式；还可以采用公用表输出方式；还可以采用公用SPWM集成芯片如集成芯片如HEF4752或或SLE4520产生产生一、公用一、公用SPWM集成芯片集成芯片HEF4752及其运用及其运用HEF4752ORM1A相VT1驱动ORM2 A相VT4驱动ORC1 A相VT1驱动ORC2 A相VT4驱动OYM1B相VT3驱动OYM2 B相VT6驱动OYC1B相VT3驱动OYC2 B相VT6驱动OBM1C相VT5 驱动OBM2 C相VT2 驱动OBC1 C相VT5驱动OBC2 C相VT2驱动ILCWKFCTVCTRCTOCTHEF4752可提供三相可提供三相SPWM控制脉冲，可适用于控制脉冲，可适用于晶
38、体管或晶晶体管或晶闸闸管逆管逆变变器器驱动驱动，具有多具有多频载频载波比的自波比的自动动切切换换功能，功能，调频调频范范围围0100Hz，载载波比分波比分为为8级级：168/120/84/60/42/30/21/15。引脚阐明引脚阐明1I-晶闸管/晶体管驱动选择。 I=H电平，为晶闸管驱动方式； 主输出为占空比=1：3的触发脉冲串，换流输出为单脉冲。 I=L电平常，为晶体管驱动方式； 只需主触发输出，没有辅助触发输出。2L启启动/停停顿控制，当控制，当L=L电平，平，为停停顿控制，在停控制，在停顿形状下，封形状下，封锁全部主全部主输出和出和辅助助换流流输出。出。 L除作启除作启/停控制造用外，
39、在运用中停控制造用外，在运用中还可用作可用作过流流维护信号或其它缺点信号或其它缺点维护信号。信号。3CW相序控制相序控制电动机方向控制机方向控制 CW=L电平，相序平，相序为R、B、Y相当于相当于A、C、B；CW=H电平，相序平，相序为Y、B、R相当于相当于A、B、C4逆变器驱动输出ORM1 A相相VT1驱动驱动 ORM2 A相相VT4驱动驱动 ORC1 A相相VT1驱动驱动 ORC2 A相相VT4驱动驱动 OYM1 B相相VT3驱动驱动 OYM2 B相相VT6驱动驱动 OYC1 B相相VT3驱动驱动 OYC2 B相相VT6驱动驱动 OBM1 C相相VT5 驱动驱动 OBM2 C相相VT2 驱
40、动驱动 OBC1 C相相VT5驱动驱动 OBC2 C相相VT2驱动驱动 (5) 逆变器输出由四个时钟输入进展控制逆变器输出由四个时钟输入进展控制:l频率控制时钟频率控制时钟FCT:用来控制逆变器输出频率用来控制逆变器输出频率 l电压控制时钟电压控制时钟VCT:用来控制逆变器输出的基波用来控制逆变器输出的基波电压电压,即脉冲宽度即脉冲宽度l参考时钟参考时钟RCT:用来设置载波频率。用来设置载波频率。l输出推迟时钟输出推迟时钟OCT:为防止同一桥臂中的上下开关为防止同一桥臂中的上下开关元件在开关转换过程中元件在开关转换过程中,产生直通事故而必需设产生直通事故而必需设置的延时时间置的延时时间.延迟时
41、间为延迟时间为Td，在一个系统中，在一个系统中OCT时钟为恒值。时钟为恒值。例例 利用利用HEF4752组成的开环组成的开环SPWM交流调速系统交流调速系统四个时钟频率确实定四个时钟频率确实定(1) OCT时钟频时钟频率率 假假设设开通延开通延时时间时时间td=24微秒微秒,K加高加高电电平平 ,那么那么要求方波要求方波发发生器生器产产生生频频率率:(2)参考参考时钟时钟RCT频频率率 假假设设最高最高载载波波频频率率为为fcmax=1kHz.那么要求方波那么要求方波发发生器生器输输出出频频率率:(3)压频转换压频转换器器V/F 输输入入/输输出出线线性性设计设计 假假设设逆逆变变器最大任器最
42、大任务频务频率率f1out=80Hz.按按 应选应选010V输输入入对应对应0300KHz的的线线性性V/F压频转换压频转换器器(4) fVCT时钟信号发生器V/F的输入/输出线性选择 按U1/f1=常数的协调控制原那么,应有普通,取即因此VCT时钟信号发生器V/F的输入/输出线性选择应为:010V 对应0600KHz.例例2 . 单片机结合公用大规模集成芯片单片机结合公用大规模集成芯片HEF4752构构成的微机控制成的微机控制PWM交流变频调速系统交流变频调速系统另外另外,可编程的可编程的SPWM公用芯片还有公用芯片还有:SA4848、SLE4520等等可查阅相关资料，了解运用方法。可查阅相
43、关资料，了解运用方法。二、二、PMM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 大功率晶体管大功率晶体管GTR为电流控制型，由基极电流控制集电极和发射为电流控制型，由基极电流控制集电极和发射极大电流的通断，基极电流缺乏会影响主电路的导通形状，而基极电极大电流的通断，基极电流缺乏会影响主电路的导通形状，而基极电流太大又会导致流太大又会导致GTR过于饱和，难于关断，因此需求设计适宜的驱过于饱和，难于关断，因此需求设计适宜的驱动电路参数。动电路参数。1.分立元件驱动电路分立元件驱动电路一大功率晶体管的基极驱动电路一大功率晶体管的基极驱动电路PWM=1，控制，控制GTR导通的电路导通的电路PWM
44、=0，控制，控制GTR关断的电路关断的电路PWM=0，控制GTR关断的电路情况PWM=1，控制GTR导通的电路情况2. 集成模块化驱动电路集成模块化驱动电路a) GTR的集成驱动电路的集成驱动电路M57215其他型号集成驱其他型号集成驱动电路动电路: MPD1204、UAA4003、M57904、EX359等等b) IGBT的集成驱动电路的集成驱动电路EXB841阶段测试阶段测试1.VVVF变频器：含义、压频协调控制条件、遵照什么原那么、为变频器：含义、压频协调控制条件、遵照什么原那么、为到达这一原那么函数发生器特性曲线？到达这一原那么函数发生器特性曲线？2. 什么是什么是1800导通型和导通
45、型和1200导通型逆变器？导通型逆变器？3.交交-直直-交电压型变频器在什么情况下会出现再生回馈制动形状？交电压型变频器在什么情况下会出现再生回馈制动形状？再生能量有几种处置方法？如何实现？再生能量有几种处置方法？如何实现？4. VVVF变频器有几种变压方式？变频器有几种变压方式？5.电流型逆变器以电流型逆变器以VT1和和VT3切换过程为例，画出换流阶段等效电切换过程为例，画出换流阶段等效电路路,写出电容组恒流充电阶段和变流充电阶段二极管换流阶写出电容组恒流充电阶段和变流充电阶段二极管换流阶段电流流经道路。段电流流经道路。6. 转差频率控制为什么要将转差频率控制为什么要将S限制在很小限制在很小
46、?整流器控制通道的函数整流器控制通道的函数发生器发生器 在系统中的作用在系统中的作用?本章重点和要点本章重点和要点:1、 6拍控制逆变器与拍控制逆变器与PWM控制逆变器的主要区别？控制逆变器的主要区别？2、SPWM调制脉冲串构成原理？优缺陷？有哪些改良措施调制脉冲串构成原理？优缺陷？有哪些改良措施？3、基于规那么采样及坚持原理调制脉冲串构成方法？写出、基于规那么采样及坚持原理调制脉冲串构成方法？写出时间控制输出调制脉冲串解析式和计算机程序控制框图。时间控制输出调制脉冲串解析式和计算机程序控制框图。4、写出、写出PWM逆变器线电压输出脉冲串与逆变器桥臂开关器逆变器线电压输出脉冲串与逆变器桥臂开关
47、器件驱动脉冲串间的逻辑关系。件驱动脉冲串间的逻辑关系。5、6拍控制逆变器下三相异步电动机定子绕组磁链运动轨迹拍控制逆变器下三相异步电动机定子绕组磁链运动轨迹？6、SVPWM脉宽调制控制根本思想？脉宽调制控制根本思想？7、列写消除、列写消除5、7谐波调制脉冲开关点计算方程组。谐波调制脉冲开关点计算方程组。8、单元脉冲法、单元脉冲法PWM脉冲设计遵照的原那么是什么？脉冲设计遵照的原那么是什么？9、载波比、载波比N和调制系数和调制系数M?10、什么叫同步伐制、什么叫同步伐制?什么叫异步伐制什么叫异步伐制?分段什么叫同步分段什么叫同步伐制？伐制？11、什么是双极调制和单极调制？、什么是双极调制和单极调制？
