第6章PWM控制技术
主要内容:PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法,PWM逆变电路的谐波分析,PWM整流电路.
重点:PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法.
难点:PWM波形的生成方法,PWM逆变电路的谐波分析.
基本要求:掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法,了解PWM逆变电路的谐波分析,了解跟踪型PWM逆变电路,了解PWM整流电路.
PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术,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).第3、4章已涉及这方面内容:
第3章:直流斩波电路采用,第4章有两处: 4.1节斩控式交流调压电路,4.4节矩阵式变频电路.
本章内容
PWM控制技术在逆变电路中应用最广,应用的逆变电路绝大部分是PWM型,PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位.
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术,也介绍PWM整流电路
1 PWM控制的基本原理
理论基础:
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.冲量指窄脉冲的面积.效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同.低频段非常接近,仅在高频段略有差异.
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
面积等效原理:
分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上,如图6-2a所示.其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示.从波形可以看出,在i(t)的上升段,i(t)的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同.脉冲越窄,各i(t)响应波形的差异也越小.如果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)在低频段的特性将非常接近,仅在高频段有所不同.
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,正弦半波N等分,看成N个相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等;用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积(冲量)相等,宽度按正弦规律变化.
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形.
图6-3 用PWM波代替正弦半波
要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可.
等幅PWM波和不等幅PWM波:
由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波,如直流斩波电路及本章主要介绍的PWM逆变电路,6.4节的PWM整流电路.输入电源是交流,得到不等幅PWM波,如4.1节讲述的斩控式交流调压电路,4.4节的矩阵式变频电路.基于面积等效原理,本质是相同的.
PWM电流波:
电流型逆变电路进行PWM控制,得到的就是PWM电流波.
PWM波形可等效的各种波形:
直流斩波电路:等效直流波形
SPWM波:等效正弦波形,还可以等效成其他所需波形,如等效所需非正弦交流波形等,其基本原理和SPWM控制相同,也基于等效面积原理.
2 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用PWM技术.逆变电路是PWM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
PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种,目前实用的几乎都是电压型.
(1)计算法和调制法
1、计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数,准确计算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,就可得到所需PWM波形.
缺点: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
2、调制法
输出波形作调制信号,进行调制得到期望的PWM波;通常采用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;与任一平缓变化的调制信号波相交,在交点控制器件通断,就得宽度正比于信号波幅值的脉冲,符合PWM的要求.

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