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1、第三章脉宽调制控制技术本讲稿第一页，共二十七页3.1.1 PWM型变频器的基本控制方式型变频器的基本控制方式“”波调制法的电路原理如图3-1a所示，在电压比较器A的两输入端分别输入正弦波参考电压uR和三角波电压u，在A的输出端便得到PWM调制电压脉冲。PWM脉冲宽度的确定可由图3-1b看出。uR与u的交点之间的距离随参考电压uR的大小而变，而该交点之间的距离决定了电压比较器输出电压脉冲的宽度，因而可得到幅值相等而脉冲宽度不等的PWM电压信号uP。本讲稿第二页，共二十七页图图3-1“”调制法原理调制法原理本讲稿第三页，共二十七页从三角波电压与参考电压的频率来看，PWM控制方式可分为同步式、异步式
2、和分段同步式。本讲稿第四页，共二十七页3.1.2 简单的简单的PWM型变频器工作原理型变频器工作原理本讲稿第五页，共二十七页3.1.3 单极性正弦波单极性正弦波PWM调制原理调制原理本讲稿第六页，共二十七页3.1.4 双极性正弦波双极性正弦波PWM调制原理调制原理本讲稿第七页，共二十七页3.2 PWM的控制模式及实现的控制模式及实现3.2.1 SPWM逆变器的同步调制和异步调制逆变器的同步调制和异步调制1.同步调制在同步调制方式中，N=常数，变频时三角载波的频率与正弦调制波的频率同步变化，因而逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数是固定不变的。2.异步调制异步调制中，在逆变器的整个变频范围内，载波比
3、N是不等于常数的。本讲稿第八页，共二十七页3.分段同步调制在一定频率范围内，采用同步调制，保持输出波形对称的优点。当频率降低较多时，使载波比分段有级的增加，又采纳了异步调制的长处。这就是分段同步调制方式。具体的说，把逆变器整个变频范围分成若干频段，在每个频段内斗维持载波比N的恒定，对不同的频段取不同的N值，频率低时N取大一些，一般按等级比数安排。本讲稿第九页，共二十七页3.2.2 SPWM的控制模式及其实现的控制模式及其实现实现SPWM的控制方式有三类，一是采用模拟电路，二是采用数字电路，三是采用模拟与数字电路相结合的控制方式。采用模拟电路元件实现SPWM控制的原理,首先由模拟元件构成的三角波
4、和正弦波发生器分别产生三角载波信号u和正弦波参考信号uR，然后送入电压比较器，产生SPWM脉冲序列。采用数字电路的SPWM逆变器，可采用以软件为基础的控制模式。本讲稿第十页，共二十七页微机控制的SPWM控制模式有多种，常用的有以下两种：1.自然取样法:用计算的办法寻找三角载波u与参考正弦波uR的交点从而确定SPWM脉冲宽度的。本讲稿第十一页，共二十七页2对称规则取样法通过两个三角波峰之间中线与uR的交点M作水平与两个三角波分别交于A和B点。由交点A和B确定SPWM脉宽为t2，本讲稿第十二页，共二十七页3.3 具有消除谐波功能的具有消除谐波功能的SPWM控控制模式的优化制模式的优化所谓PWM控制
5、模式的优化就是指可消除谐波分量的PWM控制方式。1两电平SPWM逆变器 本讲稿第十三页，共二十七页假定两电平SPWM逆变器输出电压波形具有基波四分之一周期对称关系，显然，如将该SPWM脉冲电压序列展成傅氏级数，则仅含奇次谐波分量。负载电压uL可表示各次谐波电压之和，即本讲稿第十四页，共二十七页图图3-9 两电平两电平SPWM逆变器的输出电压波形逆变器的输出电压波形 本讲稿第十五页，共二十七页理论上讲，欲想消除第v次谐波分量，只要令式（3-3）中的Uv=0，从而解出相应的K值即可。然而，由式（3-3）可看出，未知数K的个数有N个，需要有N个方程联立求解。为此可同时令N个谐波次数的电压为0，通过优
6、化值K消除N个谐波分量。本讲稿第十六页，共二十七页（1）消除5次和7次谐波求得的值为1=16247，2=22068 本讲稿第十七页，共二十七页（2）消除5、7、11和13次谐波 解上述四个超越联立方程比较困难，一般需采用数值法求解值法求解，首先假定1、2、3、4值，代入上述方程，如不满足对14进行修正，通过迭代逐渐逼近真值。本讲稿第十八页，共二十七页2三电平SPWM逆变器 其输出如图 本讲稿第十九页，共二十七页3.4 电流跟踪型电流跟踪型PWM逆变器的控制技术逆变器的控制技术滞环电流跟踪型SPWM逆变器的单相结构示意图如图3-13所示。本讲稿第二十页，共二十七页ir为给定参考电流，是电流跟踪目
7、标，当实际负载电流反馈值if与ir之差达到滞环上限值时，即if-ir，使VT2导通，VT1截止，负载电压为-E，负载电流if下降。当if与ir之差达到滞环下限值时，即if-ir-，使VT1导通，VT2截止，负载电压为+E，负载电流if上升。这样通过VT1，VT2的交替通断，使if-ir，实现if对ir的自动跟踪。如ir为正弦电流，则if也近似为一正弦电流。本讲稿第二十一页，共二十七页图3-14 电压SPWM波形的产生本讲稿第二十二页，共二十七页3.4.2 开关频率恒定的电流跟踪型开关频率恒定的电流跟踪型PWM控制技术控制技术改变滞宽使fT恒定，可以采用不同的控制方式。（1）随着dir/dt变化
8、调整滞环宽度使fT不变。图3-15使用dir/dt改变滞宽保持fT恒定的原理电路图 本讲稿第二十三页，共二十七页（2）在电流闭环中增设频率闭环使fT不变。图图3-16 使用频率闭环使使用频率闭环使fT恒定的原理电路图恒定的原理电路图本讲稿第二十四页，共二十七页3.5 PWM脉冲的生成方法脉冲的生成方法3.5.1 模拟电路控制方式模拟电路控制方式分段同步控制三角载波产生电路原理如图示3-17所示 图图3-17 分段同步控制三角载波的产生分段同步控制三角载波的产生 本讲稿第二十五页，共二十七页3.5.2 数字电路控制方式数字电路控制方式采用数字控制方式时，调速系统数学模型的求解，各闭环控制调节器以及PWM控制信号的产生等功能全部由单片机或微处理器完成。本讲稿第二十六页，共二十七页本讲稿第二十七页，共二十七页