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1、第六章第六章 PWM控制技术控制技术第六章第六章 PWM控制技术控制技术引言引言引言引言6.1 PWM6.1 PWM6.1 PWM6.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理控制的基本原理控制的基本原理6.2 PWM6.2 PWM6.2 PWM6.2 PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法6.3 PWM6.3 PWM6.3 PWM6.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术跟踪控制技术跟踪控制技术6.4 PWM6.4 PWM6.4 PWM6.4 PWM整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法本章小结本章小结本章小结
2、本章小结第六章第六章第六章第六章 PWMPWM控制技术控制技术控制技术控制技术 引言引言引言引言PWM PWM (Pulse Width Modulation)(Pulse Width Modulation)控制就是控制就是脉宽调制技术脉宽调制技术：即通过对一：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值) )如如直流斩波电路直流斩波电路、斩控式调压电路斩控式调压电路和和矩阵式变频电路矩阵式变频电路已涉及到已涉及到PWMPWM控制。控制。全控型器件的发展使得实现全控型器件的发展使得实现PWMPWM控制变得
3、十分容易。控制变得十分容易。应用十分广泛，在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。应用十分广泛，在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWMPWM控制技术在控制技术在逆变电路逆变电路中得到成功应用，现在使用的各种逆变电路都中得到成功应用，现在使用的各种逆变电路都采用了采用了PWMPWM技术，本章和第技术，本章和第5 5章（逆变电路）相结合，才能使我们对逆变章（逆变电路）相结合，才能使我们对逆变电路有完整地认识。电路有完整地认识。6.1 PWM6.1 PWM6.1 PWM6.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想控制的基本思想控制的基本思想1 1）重要理论基础）重要理论基础面积等效原理
4、面积等效原理冲量冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同效果基本相同窄脉冲窄脉冲的面积的面积环节的输出响应波形基本相同环节的输出响应波形基本相同形状不同而冲量相同的各种窄脉冲形状不同而冲量相同的各种窄脉冲单位脉冲函数单位脉冲函数f (t)d (t)tO矩形脉冲矩形脉冲三角形脉冲三角形脉冲正弦半波脉冲正弦半波脉冲tOf (t)tOf (t)tOf (t)实例说明实例说明响应波形响应波形如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 Out面面积等效原理等效原理6.1 PWM6.1 PWM6.1 PWM6.1 PWM控制的基本思
5、想控制的基本思想控制的基本思想控制的基本思想OuttSPWM波Out若要改变正弦波幅值若要改变正弦波幅值按同一比例改变各脉冲宽度即可按同一比例改变各脉冲宽度即可宽度按正弦规律变化宽度按正弦规律变化冲量相等，中点重合冲量相等，中点重合6.16.1 PWMPWM控制的基本思想控制的基本思想控制的基本思想控制的基本思想OwtUd-Ud对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWMPWM波形波形OwtUd-Ud正弦波还可等效为下图中的正弦波还可等效为下图中的PWMPWM波，在实际应用中更为广泛。波，在实际应用中更为广泛。Uot等幅等幅PWMPWM波波不等幅不等幅
6、PWMPWM波波6.2 PWM6.2 PWM6.2 PWM6.2 PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 计算法和调制法计算法和调制法计算法和调制法计算法和调制法6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 规则采样法规则采样法规则采样法规则采样法6.2.4 PWM6.2.4 PWM6.2.4 PWM6.2.4 PWM逆变电路得谐波分析逆变电路得谐波分析逆变电路得谐波分析逆变电路得
7、谐波分析6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 提高直流电压利用和减少开关次数提高直流电压利用和减少开关次数提高直流电压利用和减少开关次数提高直流电压利用和减少开关次数6.2.6 PWM6.2.6 PWM6.2.6 PWM6.2.6 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化逆变电路的多重化逆变电路的多重化目前中小功率的逆变电路几乎都采用目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWMPWM技术。技术。逆变电路是逆变电路是PWMPWM控制技术最为重要的应用场合。控制技术最为重要的应用场合。本节内容构成了本章的主体。本节内容构成了本章的主体。PWMPWM逆变电路也可分为逆变电路也可分为电压型电压型和和
8、电流型电流型两种，目前实用的两种，目前实用的PWMPWM逆变电路逆变电路几乎都是电压型电路。几乎都是电压型电路。1 1）计算法）计算法据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWMPWM波各脉冲宽度波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到PWMPWM波形波形较繁琐，当正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化较繁琐，当正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化V V4 4关时关时,V,V1 1,VD,VD3 3 或或V V3 3 VD VD1 1续流，续流，u uo o=0=0V
9、 V1 1通，通，V V2 2断，断， V V3,43,4交替通断交替通断U Uo o正正周周半半V V1 1, ,4 4导通时，导通时，u uo o= =U Ud d V V2 2通，通，V V1 1断。断。 V V3,43,4交替通断交替通断V V3 3关时关时,V,V2 2 VD VD4 4 或或V V4 4 VD VD2 2续流续流, ,u uo o=0=0V V2 2, ,3 3导通时，导通时，u uo o=-=-U Ud d 2）单极型）单极型调制法调制法以单相桥式电压型逆变电路为例以单相桥式电压型逆变电路为例单相桥式单相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 V V1,21,2通断互补
10、，通断互补，V V3,43,4通断也互补通断也互补单极性单极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouoUd-Ud在在u ur r和和u uc c的交点时刻控制的交点时刻控制IGBTIGBT的通断的通断U Uo o负负周周半半u ur r正半周正半周，V V1 1保持保持通通，V V2 2保持保持断断。当当u ur r u uc c时使时使V V4 4通，通，V V3 3断，断，u uo o= =U Ud d 。当当u ur r u uc c时时，令，令V V1 1, ,4 4导通，令导通，令V V2323关断关断如如i io o00，V V1,41,4通；如通；如i
11、io o00，VDVD1414通通, ,u uo o= =U Ud d u ur r u uc c时时，令，令V V2,32,3通，令通，令V V1,41,4关断。关断。如如i io o000，VDVD2 2, ,3 3通，通，u uo o=-=-U Ud d 。双极性双极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在在u ur r和和u uc c的交点时刻控制的交点时刻控制IGBTIGBT的通断。的通断。ucurUuuUNuVNuWNttttuUVUd-Udt三相桥式三相桥式PWMPWM型逆变电路型逆变电路 以以U U相为例分析相为例分析控制规律控制规
12、律：u urUrU u uc c时时, ,通通V V1 1, ,关关V V4 4, ,u uUNUN= =U Ud d/2/2u urUrU u uc c时时, ,通通V V4 4, ,关关V V1 1, ,u uUNUN=-=-U Ud d/2/2当当V V1414加通信号时加通信号时, ,可能可能V V1414通，通，也可能也可能VDVD1414通通6.2.16.2.1 计算法和调制法计算法和调制法计算法和调制法计算法和调制法U Uc c-三相的三相的PWMPWM控制公用三角波载波控制公用三角波载波u urUrU、u urVrV、u urWrW-三相的调制信号三相的调制信号4 4）双极性）
13、双极性PWMPWM控制方式控制方式（三相桥逆变）（三相桥逆变） 负载相电压有负载相电压有(2/3)(2/3)U Ud d、 (1/3)(1/3)U Ud d和和0 0共共5 5种电平种电平2UdurVurWuUNt32Ud3Udu uUNUN、u uVNVN和和u uWNWN 仅仅U Ud d/2/2两两种电平种电平u uUVUV波形可由波形可由u uUNUN- -u uVNVN得出，得出，有有U Ud d和和0 0三种电平。三种电平。在输出电压半周期内，器件通、断各在输出电压半周期内，器件通、断各k k次，有次，有k k个个开关时刻可控，可消去开关时刻可控，可消去k k1 1个频率的特定谐波
14、。个频率的特定谐波。k k的取值越大，开关时刻的计算越复杂。的取值越大，开关时刻的计算越复杂。双极性双极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud单极性单极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud6.2.16.2.1 计算法和调制法计算法和调制法计算法和调制法计算法和调制法双极性双极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形单极性单极性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud6.2.16.2.1 计算法和调制法计算法和调制法计算法和调制法计算法和调制法uwtwtu000P
15、WMPWM调制方式分为调制方式分为异步调制异步调制和和同步调制同步调制通常保持通常保持f fc c固定不变，当固定不变，当f fr r变化时，载波比变化时，载波比N N是变化的是变化的在信号波的半周期内，在信号波的半周期内，PWMPWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，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，半周期内前后正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/41/4周期的脉冲也不对称周期的脉冲也不对称f fr r较低时较低时, ,N N较大，一较大，一T T内脉冲数较多，脉冲不对称产生影响较小内脉冲数较多，脉冲不对称产生影响较小f fr r增高时增高时, ,N N减小减小,
16、 ,一一T T内的脉冲数减少，内的脉冲数减少，PWMPWM脉冲不对称的影响变大脉冲不对称的影响变大载波比载波比N N= = f fc c / / f fr r1 1）异步调制异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式载波信号和调制信号不同步的调制方式6.2.26.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制urucuOwtuOwt频率增加频率增加uOwt频率减小频率减小低频性能好低频性能好2 2）同步调制同步调制uc c 与与ur r保持同步的调制方式，变频时保持同步的调制方式，变频时N= f fc c / / f fr r等于常数等于常数ucurUurVu
17、rWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud-2Ud同步调制三相同步调制三相PWMPWM波形波形f fr r变化时变化时N N不变，信号波一周期内输不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。出脉冲数固定。三相电路中公用一个三角载波，取三相电路中公用一个三角载波，取N N为为3 3的整数倍，使三相输出对称的整数倍，使三相输出对称为使为使PWMPWM波正负半周镜对称波正负半周镜对称, ,N N取奇数取奇数f fr r很低时，很低时，f fc c也很低，由调制带来的也很低，由调制带来的谐波不易滤除。谐波不易滤除。f fr r很高时，很高时，f fc c会过高，使开关器件难会过高，使开关器件难以承受。以承
18、受。6.2.26.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制uOwt6.2.26.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制3 3）分段同步调制分段同步调制异步调制和同步调制的综合应用异步调制和同步调制的综合应用把整个把整个f fr r范围划分成若干个频段，每个频段内保持范围划分成若干个频段，每个频段内保持N N恒定，恒定，不同频段的不同频段的N N不同。不同。在在f fr r高高的的频频段段采采用用较较低低的的N N，使使载载波波频频率率不不致致过过高高；在在f fr r低低的的频段采用较高的频段采用较高的N N，使
19、载波频率不致过低。使载波频率不致过低。为防止为防止f fc c在切换点附近来回跳动，采用滞后切换的方法。在切换点附近来回跳动，采用滞后切换的方法。同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现。同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现。可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。果接近。6.2.3 6.2.3 规则采样法规则采样法规则采样法规则采样法1 1）自然采样法：）自然采样法：按照按照SPWMSPWM控制的基本原
20、理产生的控制的基本原理产生的PWMPWM波的方法，其求解复杂，难以在实波的方法，其求解复杂，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多时控制中在线计算，工程应用不多ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d 规则采样法规则采样法 2 2）规则采样法工程实用方法，效果接）规则采样法工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多近自然采样法，计算量小得多三角波两个正峰值间为一个采样周期三角波两个正峰值间为一个采样周期T Tc c 脉冲中点和三角波脉冲中点和三角波( (负峰点负峰点) )重合重合, ,使计算大为使计算大为减化减化确定确定A A、B B点，在点，在t tA A t tB
21、 B时刻控制器件的通断。时刻控制器件的通断。脉冲宽度脉冲宽度d d和用自然采样法得到的非常接近。和用自然采样法得到的非常接近。规则采样法计算公式推导规则采样法计算公式推导正弦调制信号波正弦调制信号波脉冲两边间隙宽度脉冲两边间隙宽度由图得由图得调制度调制度,0a1信号波角频率信号波角频率3）三相桥逆变电路三相桥逆变电路的情况三角波载波公用，三相正弦调制波相位依次差三角波载波公用，三相正弦调制波相位依次差120120同一三角波周期内三相的脉宽分别为同一三角波周期内三相的脉宽分别为dU、dV和和dW，脉冲脉冲两边的间隙宽度分别为两边的间隙宽度分别为dU、d V和和d W，同一时刻三相同一时刻三相调制
22、波电压之和为零，由式调制波电压之和为零，由式(6-6)(6-6)得得 由式由式(6-7)(6-7)得得利用以上两式可简化三相利用以上两式可简化三相SPWMSPWM波的计算波的计算(6-8)(6-9)6.2.3 6.2.3 规则采样法规则采样法规则采样法规则采样法6.2.4 PWM6.2.4 PWM逆变电路的谐波分析逆变电路的谐波分析逆变电路的谐波分析逆变电路的谐波分析使用载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关的谐波使用载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关的谐波分量。分量。谐波谐波频率和幅值频率和幅值是衡量是衡量PWMPWM逆变电路性能的重要指标之一。逆变电路性能的重要指标之一。分析以分析以双
23、极性双极性SPWMSPWM波形为准。波形为准。同步调制可看成异步调制的同步调制可看成异步调制的特殊特殊情况，只分析异步调制情况，只分析异步调制方式。方式。分析方法分析方法以载波周期为基础，再利用以载波周期为基础，再利用贝塞尔函数贝塞尔函数推导出推导出PWMPWM波波的的傅里叶级数傅里叶级数表达式。表达式。尽管分析过程复杂，但结论简单而直观。尽管分析过程复杂，但结论简单而直观。6.2.4 PWM逆变电路的谐波分析逆变电路的谐波分析谐波分析小结谐波分析小结三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著的区别是载波角频率的区别是载波角频率w wc
24、 c整数倍的谐波没有了，谐波中幅值较整数倍的谐波没有了，谐波中幅值较高的是高的是w wc22w wr和和2 2w wc w wr。SPWMSPWM波中谐波主要是角频率为波中谐波主要是角频率为w wc、2 2w wc c及其附近的谐波，很及其附近的谐波，很容易滤除。容易滤除。当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成：一部分当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成：一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是由于是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。后者的谐波分布情况和信号波对载波的调制而产生的谐波。后者的谐波分布情况和SPWMSPWM波
25、的谐波分析一致。波的谐波分析一致。直流电压利用率直流电压利用率逆变电路输出交流电压基波最大幅值逆变电路输出交流电压基波最大幅值U U1m1m和直流电压和直流电压U Ud d之比。之比。提高直流电压利用率可提高逆变器的输出能力。提高直流电压利用率可提高逆变器的输出能力。减少器件的开关次数可以降低开关损耗。减少器件的开关次数可以降低开关损耗。正弦波调制的三相正弦波调制的三相PWMPWM逆变电路，调制度逆变电路，调制度a a为为1 1时，输出线电压时，输出线电压的基波幅值为的基波幅值为 ，直流电压利用率为，直流电压利用率为0.8660.866，实际还更低。，实际还更低。梯形波调制方法的思路梯形波调制
26、方法的思路采用梯形波作为调制信号，可有效提高直流电压利用率。采用梯形波作为调制信号，可有效提高直流电压利用率。当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含的基波分当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含的基波分量幅值更大。量幅值更大。6.2.5 6.2.5 提高提高提高提高直流电压利用率和减少开关次数直流电压利用率和减少开关次数直流电压利用率和减少开关次数直流电压利用率和减少开关次数ucurUurVurWuuUNOwtOwtOwtOwtuVNuUV图6-15 梯形波为调制信号的梯形波为调制信号的PWMPWM控制控制 1 1）梯形波调制方法的原理及波形）梯形波调制方法的原理及波形梯形波的形状用三
27、角化率三角化率 s =Ut/Uto描述，Ut为以横轴为底时梯形波的高，Uto为以横轴为底边把梯形两腰延长后相交所形成的三角形的高。s =0时梯形波变为矩形波，s =1时梯形波变为三角波。时梯形波变为三角波。梯梯形形波波含含低低次次谐谐波波，PWMPWM波波含含同同样样的低次谐波。的低次谐波。低低次次谐谐波波（不不包包括括由由载载波波引引起起的的谐波）产生的波形畸变率为谐波）产生的波形畸变率为d 。6.2.5 6.2.5 提高提高提高提高直流电压利用率和减少开关次数直流电压利用率和减少开关次数直流电压利用率和减少开关次数直流电压利用率和减少开关次数不不论论u urU1rU1、u urV1rV1和
28、和u urW1rW1幅幅值值的的大大小小，u urUrU、u urVrV、u urWrW总总有有1/31/3周周期期的的值值和和三三角角波波负负峰峰值值相相等等。在在这这1/31/3周周期期中中，不不对对调调制制信信号号值值为为-1-1的的相相进进行行控控制制，只只对对其其他他两两相相进进行行控控制制，这这种种控制方式称为控制方式称为两相控制方式两相控制方式。 优点优点 （1 1）在）在1/31/3周期内器件不动作，开关损耗减少周期内器件不动作，开关损耗减少1/31/3。 （2 2）最大输出线电压基波幅值为）最大输出线电压基波幅值为U Ud d，直流电压利用率直流电压利用率 提高。提高。 （3
29、 3）输出线电压不含低次谐波，优于梯形波调制方式。）输出线电压不含低次谐波，优于梯形波调制方式。6.2.5 6.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数6.2.6 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化PWMPWM多多重重化化逆逆变变电电路路，一一般般目目的的：提提高高等等效效开开关关频频率率、减减少少开开关关损损耗耗、减少和载波有关的谐波分量减少和载波有关的谐波分量PWMPWM逆变电路逆变电路多重化联结方式有变压器方式和电抗器方式多重化联结方式有变压器方式和电抗器方式利用电抗器联接的二重利用电抗器
30、联接的二重PWMPWM逆变电路（图逆变电路（图6-206-20，图，图 6-21)6-21)图图6-20 6-20 二重二重PWMPWM型逆变电路型逆变电路 两个单元逆变电路的载波信号两个单元逆变电路的载波信号相互错开相互错开180180输出端相对于直流电源中点N的电压uUN=(uU1N+uU2N)/2,已变为单极性PWM波6.2.6 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化图6-21 二重PWM型逆变电路输出波形 输出线电压共有输出线电压共有0 0、(1/2)(1/2)U Ud d、U Ud d五个电平，比非多重化时谐波五个电平，比非多重化时谐波有所减少。有所减少。电抗器上所加电压频率为载波频
31、率，电抗器上所加电压频率为载波频率，比输出频率高得多，只要很小的电比输出频率高得多，只要很小的电抗器就可以了。抗器就可以了。输出电压所含谐波角频率仍可表示输出电压所含谐波角频率仍可表示为为nw wc+ +kw wr，但其中但其中n n为奇数时的谐为奇数时的谐波已全被除去，谐波最低频率在波已全被除去，谐波最低频率在2 2w wc附近，相当于电路的等效载波频率附近，相当于电路的等效载波频率提高一倍。提高一倍。6.3 PWM6.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术跟踪控制技术跟踪控制技术PWMPWM波形生成的第三种方法波形生成的第三种方法跟踪控制方法跟踪控制方法。把希望输出的波形作为指令信号，把实际波
32、形作为把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为 反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路 各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。常用的有常用的有滞环比较方式滞环比较方式和和三角波比较方式三角波比较方式。6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式滞环比较方式滞环比较方式6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 三角形比较方式三角形比较方式三角形比较方式三角形比较方式6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式 1) 1) 跟踪型跟踪型PWMPWM变流电路中，电
33、流跟踪控制应用最多。变流电路中，电流跟踪控制应用最多。tOiii*+D Ii*-D Ii*图图6-23 6-23 滞环比较方式的指滞环比较方式的指令电流和输出电流令电流和输出电流图图6-22 6-22 滞环比较方式电流跟踪控制举滞环比较方式电流跟踪控制举例例基本原理基本原理把指令电流把指令电流i i* *和实际输出电流和实际输出电流i i的的偏差偏差i i* *- -i i作为滞环比较器的输入。作为滞环比较器的输入。V V1 1（或（或VDVD1 1）通时，通时，i i增大增大V V2 2（或（或VDVD2 2）通时，通时，i i减小减小通过环宽为通过环宽为2 2D DI I的滞环比较器的控的
34、滞环比较器的控制，制，i i就在就在i i* *+ +D DI I和和i i* *- -D DI I的范围内，的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流呈锯齿状地跟踪指令电流i i* *。参数的影响参数的影响环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。关频率过高，开关损耗增大。L L大时，大时，i i的变化率小，跟踪慢；的变化率小，跟踪慢；L L小时，小时，i i的变化率大，开关频率过高。的变化率大，开关频率过高。滞环滞环环宽环宽电抗器L的作用6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式2) 2) 三相
35、的情况三相的情况图图6-25 6-25 三相电流跟踪型三相电流跟踪型PWMPWM逆变电路输出波形逆变电路输出波形图图6-24 6-24 三相电流跟踪三相电流跟踪型型PWMPWM逆变电路逆变电路6.3.1 6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式滞环比较方式滞环比较方式3)3)采用滞环比较方式的电流跟踪型采用滞环比较方式的电流跟踪型PWMPWM变流电路有如下变流电路有如下特点特点。 （1 1）硬件电路简单。）硬件电路简单。 （2 2）实时控制，电流响应快。）实时控制，电流响应快。 （3 3）不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波。）不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波。 （4 4）和计算法
36、及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多）和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多 （5 5）闭环控制，是各种跟踪型）闭环控制，是各种跟踪型PWMPWM变流电路的共同特点。变流电路的共同特点。6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式图图6-26 6-26 电压跟踪控制电路举例电压跟踪控制电路举例4) 采用滞环比较方式实现电压跟踪控制把指令电压u*和输出电压u进行比较，滤除偏差信号中的谐波，滤波器的输出送入滞环比较器，由比较器输出控制开关器件的通断，从而实现电压跟踪控制。6.3.1 6.3.1 滞环比较方式滞环比较方式滞环比较方式滞环比较方式和和电电流流跟跟踪踪控控制
37、制电电路路相相比比，只只是是把把指指令令和和反反馈馈信信号号从从电流变为电流变为电压电压。输输出出电电压压PWMPWM波波形形中中含含大大量量高高次次谐谐波波，必必须须用用适适当当的的滤滤波器滤除。波器滤除。u*=0=0时时，输输出出电电压压u u为为频频率率较较高高的的矩矩形形波波，相相当当于于一一个个自励振荡电路。自励振荡电路。u u* *为为直直流流信信号号时时，u u产产生生直直流流偏偏移移，变变为为正正负负脉脉冲冲宽宽度度不等，正宽负窄或正窄负宽的矩形波。不等，正宽负窄或正窄负宽的矩形波。u*为为交交流流信信号号时时，只只要要其其频频率率远远低低于于上上述述自自励励振振荡荡频频率率，
38、从从u u中中滤滤除除由由器器件件通通断断产产生生的的高高次次谐谐波波后后，所所得得的的波形就几乎和波形就几乎和u u* * 相同，从而实现电压跟踪控制。相同，从而实现电压跟踪控制。6.3.2 6.3.2 三角形比较方式三角形比较方式三角形比较方式三角形比较方式负载+-iUi*U+-iVi*V+-iWi*WUdC+-C+-C+-三相三角波三相三角波发生电路发生电路AAA(1)(1)基本原理基本原理不是把指令信号和三角波直接进行比不是把指令信号和三角波直接进行比较，而是通过闭环来进行控制。较，而是通过闭环来进行控制。把指令电流把指令电流i i* *U U、i i* *V V和和i i* *W W
39、和实际输出电和实际输出电流流i iU U、i iV V、i iW W进行比较，求出偏差，通进行比较，求出偏差，通过放大器过放大器A A放大后，再去和三角波进行放大后，再去和三角波进行比较，产生比较，产生PWMPWM波形。波形。放大器放大器A A通常具有通常具有PIPI特性或特性或P P特性，其特性，其系数直接影响电流跟踪特性。系数直接影响电流跟踪特性。(2)(2)特点特点开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。为改善输出电压波形，三角波载波常用三相三角波载波。为改善输出电压波形，三角波载波常用三相三角波载波。和滞环比较控制方式相比，这种控
40、制方式输出电流所含的谐波少。和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐波少。三角波比较方式电流跟踪型逆变电路三角波比较方式电流跟踪型逆变电路6.3.2 三角形比较方式三角形比较方式(3)(3)除上述两种比较方式外，还有除上述两种比较方式外，还有定时比较方式定时比较方式。不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟。不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟。以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根据偏差的以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根据偏差的极性来控制开关器件通断。极性来控制开关器件通断。在时钟信号到来的时刻，在时钟信号到来的时刻，如如i i i i* *，V V1
41、1断，断，V V2 2通，使通，使I I 减小。减小。每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小。每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小。采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率的采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率的1/21/2。和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽，控制的精和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽，控制的精度低一些。度低一些。6.4 PWM6.4 PWM整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法6.4.1 PWM6.4.1 PWM6.4.1 PWM6.4.1 PWM整流电路
42、的工作原理整流电路的工作原理整流电路的工作原理整流电路的工作原理6.4.2 PWM6.4.2 PWM6.4.2 PWM6.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法整流电路的控制方法整流电路的控制方法实用的整流电路几乎都是晶闸管整流或二极管整流。实用的整流电路几乎都是晶闸管整流或二极管整流。晶晶闸闸管管相相控控整整流流电电路路：输输入入电电流流滞滞后后于于电电压压，且且其其中中谐谐波波分分量量大大，因因此功率因数很低。此功率因数很低。二二极极管管整整流流电电路路：虽虽位位移移因因数数接接近近1 1，但但输输入入电电流流中中谐谐波波分分量量很很大大，所以功率因数也很低。所以功率因数也很低
43、。把逆变电路中把逆变电路中SPWMSPWM控制技术用于整流电路，就形成了控制技术用于整流电路，就形成了PWMPWM整流电路整流电路。控控制制PWMPWM整整流流电电路路，使使其其输输入入电电流流非非常常接接近近正正弦弦波波，且且和和输输入入电电压压同同相相位位，功功率率因因数数近近似似为为1 1，也也称称单单位位功功率率因因数数变变流流器器，或或高高功功率率因因数数整流器整流器。第六章第六章第六章第六章 PWMPWM控制技术控制技术控制技术控制技术 小结小结小结小结PWMPWM控制技术的地位控制技术的地位在本领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了十分深远的影响在本领域有着广泛的应用，并对电
44、力电子技术产生了十分深远的影响器件与器件与PWMPWM技术的关系技术的关系IGBTIGBT、电力电力MOSFETMOSFET等器件的不断完善为其提供了强大的物质基础。等器件的不断完善为其提供了强大的物质基础。PWMPWM控制技术用于直流斩波电路控制技术用于直流斩波电路直流斩波实际上就是直流直流斩波实际上就是直流PWMPWM电路，是电路，是PWMPWM应用较早也成熟较早的一类电路，应用较早也成熟较早的一类电路，应用于直流电动机调速系统就构成广泛应用的应用于直流电动机调速系统就构成广泛应用的直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统。PWMPWM控制技术用于交流控制技术用于交流交流变流电路交流变流电路斩控式
45、交流调压电路和矩阵式变频电路是其在这类电路中应用的代表。斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是其在这类电路中应用的代表。目前其应用都还不多。目前其应用都还不多。但矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可望有良好的发展前景。但矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可望有良好的发展前景。PWMPWM控制技术用于控制技术用于逆变电路逆变电路PWMPWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性。控制技术在逆变电路中的应用最具代表性。正是由于在逆变电路中广泛而成功的应用，才奠定了正是由于在逆变电路中广泛而成功的应用，才奠定了PWMPWM控制技术在控制技术在电力电子技术中的突出地位。电力电子技术中的突出地位。除功率很大
46、的逆变装置外，不用除功率很大的逆变装置外，不用PWMPWM控制的逆变电路已十分少见。控制的逆变电路已十分少见。第第5 5章因尚未涉及到章因尚未涉及到PWMPWM控制技术，因此对逆变电路的介绍是不完整的。控制技术，因此对逆变电路的介绍是不完整的。学完本章才能对逆变电路有较完整的认识。学完本章才能对逆变电路有较完整的认识。第六章第六章第六章第六章 PWMPWM控制技术控制技术控制技术控制技术 小结小结小结小结PWMPWM控制技术与控制技术与相位控制技术相位控制技术以第以第2 2章相控整流电路和第章相控整流电路和第4 4章交流调压电路为代表的章交流调压电路为代表的相位控制技术相位控制技术至至今在电力
47、电子电路中仍占据着今在电力电子电路中仍占据着重要重要地位。地位。以以PWMPWM控制技术为代表的控制技术为代表的斩波控制技术斩波控制技术正在越来越占据着正在越来越占据着主导主导地位。地位。相位控制和斩波控制分别简称相位控制和斩波控制分别简称相控相控和和斩控斩控。把两种技术对照学习，对电力电子电路的控制技术会有更明晰的认识。把两种技术对照学习，对电力电子电路的控制技术会有更明晰的认识。PWMPWM控制技术用于控制技术用于整流电路整流电路PWMPWM控制技术用于整流电路即构成控制技术用于整流电路即构成PWMPWM整流电路。整流电路。可看成逆变电路中的可看成逆变电路中的PWMPWM技术向整流电路的延
48、伸。技术向整流电路的延伸。PWMPWM整流电路已获得了一些应用，并有良好的应用前景。整流电路已获得了一些应用，并有良好的应用前景。PWMPWM整流电路作为对第整流电路作为对第2 2章的补充，可使我们对整流电路有更全面的认识章的补充，可使我们对整流电路有更全面的认识第六章第六章第六章第六章 PWMPWM控制技术控制技术控制技术控制技术 小结小结小结小结6.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想b)b)冲量相等的各种窄脉冲量相等的各种窄脉冲的响应波形冲的响应波形实例说明实例说明a a）u u (t)(t)电压窄脉冲，电压窄脉冲，是电路的输入是电路的输入 i i (t)(t)输出电流，输出电流，是电路的响应是电路的响应
