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1、PWMPWM调制技术介绍调制技术介绍目目 录录PWMPWM控制技术的基本原理控制技术的基本原理PWMPWM控制技术的实现方式控制技术的实现方式PWMPWM控制技术的应用实例控制技术的应用实例总结总结PWM控制技术的基本原理控制技术的基本原理PWMPWM控制控制脉冲宽度调制技术脉冲宽度调制技术1 1、目的：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效、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），实现波形重组地获得所需要波形（含形状和幅值），实现波形重组2 2、应用场合：逆变电路、脉冲整流、矩阵变换器、直、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
2、压流斩波、斩控式交流调压3 3、PWMPWM技术在逆变电路中的发展最快，主要以逆变电路技术在逆变电路中的发展最快，主要以逆变电路为主介绍为主介绍PWMPWM技术技术PWM控制技术的基本原理控制技术的基本原理PWMPWM控制理论基础控制理论基础1 1、冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节、冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同上时，其效果基本相同2 2、冲量指窄脉冲的面积、冲量指窄脉冲的面积3 3、效果基本相同，是指环节的输出响应波形低频段非、效果基本相同，是指环节的输出响应波形低频段非常接近，仅在高频段略有差异常接近，仅在高频段略有差异PWM控制技术的实现控制
3、技术的实现PWMPWM技术的种类技术的种类1 1、正弦调制、正弦调制PWMPWM（SPWMSPWM）2 2、优化、优化PWMPWM3 3、电流控制、电流控制PWMPWM4 4、空间矢量调制、空间矢量调制PWMPWM（SVPWMSVPWM）PWM控制技术的基本原理控制技术的基本原理如何实现如何实现SPWMSPWM1 1、用一系列等幅不等宽的脉冲来代替、用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波一个正弦半波2 2、正弦半波、正弦半波N N等分，可看成等分，可看成N N个彼此相个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等3 3、用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，、用矩形脉
4、冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等中点重合，面积（冲量）相等4 4、矩形脉冲宽度按正弦规律变化、矩形脉冲宽度按正弦规律变化PWM控制技术的实现控制技术的实现SPWMSPWM的实现的实现1 1、计算法、计算法根根据据基基波波频频率率、幅幅值值和和调调制制频频率率，准准确确计计算算PWMPWM波波各各脉脉冲冲宽宽度度和和间隔来控制逆变电路开关器件的通断间隔来控制逆变电路开关器件的通断当输出基波波形的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化当输出基波波形的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化2 2、调制法、调制法采采用用调调制制频频率率的的高高频频信信号号作作为为载载波波，输输出出波波形形
5、作作调调制制信信号号，进进行行调制得到期望的调制得到期望的PWMPWM波波等等腰腰三三角角波波应应用用最最多多，其其任任一一点点水水平平宽宽度度和和高高度度成成线线性性关关系系且且左左右对称右对称PWM控制技术的实现控制技术的实现三相三相SPWMSPWM的实现的实现PWM控制技术的实现控制技术的实现三相三相SPWMSPWM的实现的实现1 1、上管和下管波形互补、上管和下管波形互补2 2、当调制信号大于载波、当调制信号大于载波信号时，给上管导通信号，信号时，给上管导通信号，小于时给下管导通信号小于时给下管导通信号3 3、PWMPWM波形只有两种电平，波形只有两种电平，输出线电压三种电平，负载输出
6、线电压三种电平，负载相电压五种电平组成相电压五种电平组成PWM控制技术的实现控制技术的实现SPWMSPWM的数字实现的数字实现1 1、自然采样法、自然采样法要求解复杂的超越方程，难以在实时要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多控制中在线计算，工程应用不多2 2、规则采样、规则采样效果接近自然采样法，计算量小得多效果接近自然采样法，计算量小得多PWM控制技术的实现控制技术的实现SPWMSPWM的主要谐波成分（共用载波）的主要谐波成分（共用载波）PWM控制技术的实现控制技术的实现SPWMSPWM的特点的特点 1 1、优点：优点：实现简单、输出波形实现简单、输出波形好好 2 2
7、、缺点缺点：开关频率比较高、电开关频率比较高、电压压利用率低利用率低PWM控制技术的实现控制技术的实现SPWMSPWM的改进的改进原因：在相电压中加入相同成分，线电压中不体现原因：在相电压中加入相同成分，线电压中不体现改进改进1 1：加入三次谐波以提高直流电压利用率：加入三次谐波以提高直流电压利用率PWM控制技术的实现控制技术的实现SPWMSPWM的改进的改进改进改进2 2：加入电压为：加入电压为的直流分量降低开关频率的直流分量降低开关频率PWM控制技术的实现控制技术的实现优化优化PWMPWM算法的原理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基于某项优化指标，计算出各个开
8、关管在特定开关角度的触发脉冲。发脉冲。优化优化PWMPWM算法的控制目标算法的控制目标消除特定谐波（消除特定谐波（SHESHE）、谐波电流最小化、电机转矩和转速脉）、谐波电流最小化、电机转矩和转速脉动最优等优化方式。动最优等优化方式。PWM控制技术的实现控制技术的实现特定谐波消除特定谐波消除PWMPWM（SHEPWMSHEPWM）的原理）的原理1 1、输出电压波形为四分之一周期对称波形（、输出电压波形为四分之一周期对称波形（/2/2和和/2/2对称）对称）2 2、输出电压半周期内，器件通、断各、输出电压半周期内，器件通、断各3 3次（不包括次（不包括0 0和和），共），共6 6个开关时刻可控个
9、开关时刻可控PWM控制技术的实现控制技术的实现特定谐波消除特定谐波消除PWMPWM（SHEPWMSHEPWM）的原理）的原理确定确定a a1 1的值，再令两个不同的的值，再令两个不同的a an=0n=0，就可建三个方程，求得，就可建三个方程，求得PWM控制技术的实现控制技术的实现特定谐波消除特定谐波消除PWMPWM（SHEPWMSHEPWM）的原理）的原理在在三三相相对对称称电电路路的的线线电电压压中中，相相电电压压所所含含的的3 3次次谐谐波波相相互互抵抵消，可考虑消去消，可考虑消去5 5次和次和7 7次谐波，得如下联立方程：次谐波，得如下联立方程：PWM控制技术的实现控制技术的实现特定谐波
10、消除特定谐波消除PWMPWM（SHEPWMSHEPWM）的实现）的实现1 1、在在输输出出电电压压半半周周期期内内器器件件通通、断断各各k k次次，考考虑虑PWMPWM波波四四分分之之一一周周期期对对称称，k k个个开开关关时时刻刻可可控控，除除用用一一个个控控制制基基波波幅幅值，可消去值，可消去k k1 1个频率的特定谐波个频率的特定谐波2 2、由由于于优优化化算算法法比比较较复复杂杂，很很难难实实时时实实现现，所所以以通通常常采采用查表的方式。用查表的方式。PWM控制技术的实现控制技术的实现优化优化PWMPWM算法的特点算法的特点1 1、优优点点：开开关关频频率率低低，直直流流电电压压利利
11、用用率率高高，适适用用于于大大功功率变流器率变流器2 2、缺点：缺点：难实现实时难实现实时计算计算，动态特性差，计算精度低，动态特性差，计算精度低PWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的原理的原理电流控制电流控制PWMPWM仍为电压型逆变器，并非电流型逆变器仍为电压型逆变器，并非电流型逆变器1 1、很很多多场场合合要要求求逆逆变变器器输输出出电电流流波波形形，因因此此直直接接对对输输出出电电流流进行闭环控制，可以达到更好的性能。进行闭环控制，可以达到更好的性能。2 2、通通过过给给定定电电流流与与实实际际输输出出电电流流相相比比较较，通通过过误误差差值值控控制制功功率开
12、关的开关脉冲。率开关的开关脉冲。3 3、实实现现方方式式包包括括：次次振振荡荡方方式式、滞滞环环比比较较方方式式、预预测测电电流流控控制方式等。制方式等。PWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的实现的实现1 1、次振荡方式、次振荡方式优点：优点：实现简单，开关频率恒定实现简单，开关频率恒定缺点：缺点：动态性能差，电流具有跟踪误差动态性能差，电流具有跟踪误差PWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的实现的实现1 1、次振荡方式、次振荡方式加入反电势前馈加入反电势前馈优点：优点：引入反电势信号前馈后可提高动态性能引入反电势信号前馈后可提高动态性能缺点：
13、缺点：反电势计算困难反电势计算困难PWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的实现的实现2 2、滞环电流、滞环电流PWMPWMPWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的实现的实现2 2、滞环电流、滞环电流PWMPWM优优点点：电电流流动动态态响响应应速速度度快快，鲁鲁棒棒性性好好，结结构构简简单单，输输出出电电压压波波形形中不含特定频率的谐波中不含特定频率的谐波缺缺点点：开开关关频频率率随随着着不不同同的的运运行行状状况况变变化化剧剧烈烈，相相同同开开关关频频率率时时输输出电流中高次谐波含量多出电流中高次谐波含量多PWM控制技术的实现控制技术的实现电流
14、控制电流控制PWMPWM的实现的实现2 2、滞环电流、滞环电流PWMPWM 开关频率恒定改进方式一开关频率恒定改进方式一根根据据指指令令电电流流的的变变化化率率动动态态地地调调整整滞滞环环宽宽度度，频频率率升升高高时时增增加加环环宽宽，反反之则降低，使开关频率基本保持不变。之则降低，使开关频率基本保持不变。 PWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的实现的实现2 2、滞环电流、滞环电流PWMPWM开关频率恒定改进方式二开关频率恒定改进方式二根根据据开开关关频频率率动动态态调调整整滞滞环环宽宽度度，频频率率升升高高时时增增加加环环宽宽，反反之之则则降降低低，使开关频率基本保
15、持不变。使开关频率基本保持不变。 PWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的实现的实现2 2、滞环电流、滞环电流PWMPWM开关频率恒定改进方式开关频率恒定改进方式优点：优点：实现了开关频率基本恒定实现了开关频率基本恒定缺缺点点：需需要要通通过过系系统统参参数数计计算算实实现现，需需要要在在控控制制快快速速性性、准准确确性性与与开开关频率间作出协调关频率间作出协调PWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的实现的实现3 3、同步采样方式、同步采样方式优点：优点：开关频率基本恒定，结构简单，鲁棒性强开关频率基本恒定，结构简单，鲁棒性强 缺点：缺点：控制带
16、宽低，由反电势引起的电流变化率不同导致电流波形差控制带宽低，由反电势引起的电流变化率不同导致电流波形差PWM控制技术的实现控制技术的实现电流控制电流控制PWMPWM的实现的实现4 4、预测电流控制方式、预测电流控制方式根根据据变变流流器器的的数数学学模模型型，由由给给定定电电流流和和实实际际电电流流的的误误差差计计算算得得到到所所需需输输出出的电压，再由其他方式生成所需要的输出电压的电压，再由其他方式生成所需要的输出电压优点：优点：输出电流波形好，开关频率恒定输出电流波形好，开关频率恒定缺点：缺点：需要精确的变流器数学模型，算法非常复杂，计算量很大需要精确的变流器数学模型，算法非常复杂，计算量
17、很大 PWM控制技术的实现控制技术的实现空间矢量空间矢量PWMPWM（SVPWMSVPWM）的原理）的原理PWM控制技术的实现控制技术的实现空间矢量空间矢量PWMPWM（SVPWMSVPWM）的实现）的实现状状态态01234567Sa01010101Sb00110011Sc00001111PWM控制技术的实现控制技术的实现空间矢量空间矢量PWMPWM（SVPWMSVPWM）的实现原则）的实现原则1 1、将将逆逆变变器器的的各各个个输输出出状状态态转转换换到到静静止止直直角角坐坐标标系系中中，形成空间电压矢量分布形成空间电压矢量分布2 2、利用相邻的四个输出状态组合合成任意输出电压矢量、利用相邻
18、的四个输出状态组合合成任意输出电压矢量3 3、合成的原则是等效作用时间相等。、合成的原则是等效作用时间相等。PWM控制技术的实现控制技术的实现空间矢量空间矢量PWMPWM（SVPWMSVPWM）的实现）的实现4 4段式段式SVPWMSVPWM：本周期从：本周期从0 0矢量出发到矢量出发到7 7矢量；下个周期再矢量；下个周期再7 7矢量出发到矢量出发到0 0矢量。矢量。PWM控制技术的实现控制技术的实现空间矢量空间矢量PWMPWM（SVPWMSVPWM）的实现）的实现7 7段式段式SVPWMSVPWM：一个周期内从：一个周期内从0 0矢量出发回到矢量出发回到0 0矢量矢量PWM控制技术的实现控制
19、技术的实现SVPWMSVPWM的实现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）的计算电压矢量）的计算PWM控制技术的实现控制技术的实现SVPWMSVPWM计算的基本步骤的实现原则计算的基本步骤的实现原则1 1、根据所选用的控制方法计算电压矢量、根据所选用的控制方法计算电压矢量2 2、判断所属扇区，并选择相关的基本矢量并计算其幅值、判断所属扇区，并选择相关的基本矢量并计算其幅值3 3、计计算算相相关关有有效效基基本本矢矢量量的的作作用用时时间间t1t1、t2t2和和零零矢矢量量作作用用时间时间t0t0和和t7t74 4、按时间
20、序列发出三相、按时间序列发出三相PWMPWM信号信号PWM控制技术的实现控制技术的实现SVPWMSVPWM算法的特点算法的特点1 1、优优点点：直直流流电电压压利利用用率率高高、动动态态特特性性好好、软软件件实实现现方方便、与控制算法良好的接口便、与控制算法良好的接口2 2、缺点：缺点：计算量稍大计算量稍大 PWM控制技术的实现控制技术的实现PWMPWM技术研究的热点问题技术研究的热点问题1 1、死区补偿问题、死区补偿问题为防止贯穿短路引入死区时间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低
21、速、轻载时死区时间会带来较大的影响 PWM控制技术的实现控制技术的实现PWMPWM技术研究的热点问题技术研究的热点问题2 2、PWMPWM技术在多电平逆变器中的应用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可选矢量增加导致选择的难度结合结合PWMPWM技术实现电压控制技术实现电压控制 PWM控制技术的实现控制技术的实现PWMPWM技术研究的热点问题技术研究的热点问题3 3、PWMPWM技术在多相电机及多重化控制中的应用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可选矢量增加导致选择的难度结合结合PWMPWM技术实现输出波形改善技术实现输出波形改善结合结合PWMPWM技
22、术实现输出功率平衡技术实现输出功率平衡PWM控制技术的应用实例控制技术的应用实例PWMPWM整流电路的工作原理整流电路的工作原理PWM控制技术的应用实例控制技术的应用实例PWMPWM整流电路的工作原理整流电路的工作原理PWM控制技术的应用实例控制技术的应用实例PWMPWM整流电路的工作原理整流电路的工作原理间接电流控制间接电流控制PWM控制技术的应用实例控制技术的应用实例PWMPWM整流电路的工作原理整流电路的工作原理直接电流控制：电流滞环控制直接电流控制：电流滞环控制PWMPWMPWM控制技术的实现控制技术的实现PWMPWM整流电路的工作原理整流电路的工作原理直接电流控制：预测电流控制直接电流控制：预测电流控制PWMPWM总结总结PWMPWM技术在电力电子技术中应用广泛，并对其影响深远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两电平的PWMPWM技术基本已经成熟，多电平及多重化的技术基本已经成熟，多电平及多重化的PWMPWM技技术仍需进一步研究术仍需进一步研究由于电流控制由于电流控制PWMPWM的优点，需要进行深入研究的优点，需要进行深入研究由于由于PWMPWM技术带来的谐波问题需要进行研究技术带来的谐波问题需要进行研究目目 录录默认字体默认字体谢谢 谢谢 ！
