第PWM控制技术课程学习.pptx

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1、会计学1第第 PWM控制技术控制技术第一页，共60页。2/607.1 PWM7.1 PWM控制控制控制控制(kngzh)(kngzh)的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理面积等效原理面积等效原理 是是PWM控制技术的重要理论基础。控制技术的重要理论基础。原理内容：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。原理内容：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。冲量即指窄脉冲的面积。冲量即指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，

2、仅在高频段略有差异。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。实例实例(shl)将图将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入，加在图所示的脉冲作为输入，加在图7-2a所示的所示的R-L电路上，设其电流电路上，设其电流i(t)为电路的输出，图为电路的输出，图7-2b给出了不同窄脉冲时给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。的响应波形。图图7-1 形状不同而冲量相同的各种形状不同而冲量相同的各种(zhn)窄脉冲窄脉冲 图图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 第1页/共59页第二页，共60页。3/607.1 PWM7.1 PWM控制控

3、制控制控制(kngzh)(kngzh)的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理用用PWM波代替正弦半波波代替正弦半波 将正弦半波看成是由将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度为个彼此相连的脉冲宽度为/N，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。把上述脉冲序列利用相同把上述脉冲序列利用相同(xin tn)数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和

4、相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是PWM波形。波形。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。波形。脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称波形，也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。）波形。PWM波形可分为等幅波形可分为等幅PWM波和不等幅波和不等幅PWM波两种，由直流电源产生的波两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅波通常是等幅PWM波。波。基于等效面积原理，基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。波形还可以等效

5、成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。图图7-3 用用PWM波代替正弦波代替正弦(zhngxin)半波半波 第2页/共59页第三页，共60页。4/607.2 PWM7.2 PWM逆变电路逆变电路逆变电路逆变电路(dinl)(dinl)及其控制方及其控制方及其控制方及其控制方法法法法 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 7.2.2 7.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 7.2.3 7.2.3 规则采样法规则采样法 7.2.4 PWM 7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析逆变电路的谐波分析 7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率提高直流电压利用率 和

6、减少开关次数和减少开关次数(csh)(csh)7.2.6 7.2.6 空间矢量空间矢量SVPWMSVPWM控制控制 7.2.7 PWM 7.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化第3页/共59页第四页，共60页。5/607.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法计算法计算法 根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，将将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出来，按照计算结果控波形中各脉冲的宽度和间隔

7、准确计算出来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形，波形，这种方法称之为计算法。这种方法称之为计算法。计算法是很繁琐计算法是很繁琐(fn su)的，当需要输出的正弦波的频率、幅值的，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。或相位变化时，结果都要变化。调制法调制法 把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角

8、波应用最通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多。多。第4页/共59页第五页，共60页。6/607.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变逆变(n bin)电路电路 单相桥式单相桥式PWM逆变电路（调制法）逆变电路（调制法）电路工作过程电路工作过程 工作时工作时V1和和V2通断互补，通断互补，V3和和V4通断也互补，比如通断也互补，比如(br)在在uo正半周，正半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通断。交

9、替通断。负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。在负载电流为正的区间，在负载电流为正的区间，V1和和V4导通时，导通时，uo=Ud。V4关断时，负载电流通过关断时，负载电流通过V1和和VD3续流，续流，uo=0。在负载电流为负的区间，仍为在负载电流为负的区间，仍为V1和和V4导通时，因导通时，因io为负，故为负，故io实际上从实际上从VD1和和VD4流过，仍有流过，仍有uo=Ud。V4关断，关断，V3开通后，开通后，io从从V3和和VD1续流，续流，uo=0。uo总可以得到总可以得到Ud和零两种电平

10、。和零两种电平。在在uo的负半周，让的负半周，让V2保持通态，保持通态，V1保持断态，保持断态，V3和和V4交替通断，负载电压交替通断，负载电压uo可以得到可以得到-Ud和零两种电平。和零两种电平。阻感负载阻感负载第5页/共59页第六页，共60页。7/607.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图图7-4 单相单相(dn xin)桥式桥式PWM逆变电路逆变电路 图图7-5 单极性单极性PWM控制控制(kngzh)方方式波形式波形

11、单极性单极性PWM控制方式控制方式 调制信号调制信号ur为正弦波，载波为正弦波，载波uc在在ur的正半的正半周为周为正极性正极性的三角波，在的三角波，在ur的负半周为的负半周为负极负极性性的三角波。的三角波。在在ur的正半周，的正半周，V1保持通态，保持通态，V2保持断态。保持断态。当当uruc时使时使V4导通，导通，V3关断，关断，uo=Ud。当当uruc时使时使V4关断，关断，V3导通，导通，uo=0。在在ur的负半周，的负半周，V1保持断态，保持断态，V2保持通保持通态。态。当当uruc时使时使V3关断，关断，V4导通，导通，uo=0。第6页/共59页第七页，共60页。8/607.2.1

12、 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图图7-4 单相单相(dn xin)桥式桥式PWM逆变电路逆变电路 图图7-6 双极性双极性PWM控制方式控制方式(fngsh)波形波形 双极性双极性PWM控制方式控制方式 在调制信号在调制信号ur和载波信号和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。的交点时刻控制各开关器件的通断。在在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得的的半个周期内，三角波载波有正有负，所得的PWM波也是有正有负，在波也是

13、有正有负，在ur的一个周期内，输出的的一个周期内，输出的PWM波只有波只有Ud两种电平。两种电平。在在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。当当uruc时，时，V1和和V4导通，导通，V2和和V3关断，这时如关断，这时如io0，则，则V1和和V4通，如通，如io0，则，则VD1和和VD4通，不管哪种情况都是通，不管哪种情况都是uo=Ud。当当uruc时，时，V2和和V3导通，导通，V1和和V4关断，这时如关断，这时如io0，则，则VD2和和VD3通，不管哪种情况都是通，不管哪种情况都是uo=-Ud。第7页/共59页第八页，共60页。9/607.2.

14、1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法图图7-7 三相三相(sn xin)桥式桥式PWM型型逆变电路逆变电路 图图7-8 三相三相(sn xin)桥式桥式PWM逆变电路波形逆变电路波形 三相桥式三相桥式PWM逆变电路（调制法）逆变电路（调制法）采用双极性控制方式。采用双极性控制方式。U、V和和W三相的三相的PWM控制通常公控制通常公用一个三角波载波用一个三角波载波uc，三相的调制信号，三相的调制信号urU、urV和和urW依次相差依次相差120。第8页/共59页第九页，共60页。1

15、0/607.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法电路工作过程（电路工作过程（电路工作过程（电路工作过程（UU相为例）相为例）相为例）相为例）当当当当urUucurUuc时，上桥臂时，上桥臂时，上桥臂时，上桥臂V1V1导通，下桥臂导通，下桥臂导通，下桥臂导通，下桥臂V4V4关断，则关断，则关断，则关断，则UU相相对于直流电源假想中点相相对于直流电源假想中点相相对于直流电源假想中点相相对于直流电源假想中点NN的输出电压的输出电压的输出电压的输出电压(diny)uUN=Ud/2(d

16、iny)uUN=Ud/2。当当当当urUucurUuc时，时，时，时，V4V4导通，导通，导通，导通，V1V1关断，则关断，则关断，则关断，则uUN=-Ud/2uUN=-Ud/2。V1V1和和和和V4V4的驱动信号始终是互补的。的驱动信号始终是互补的。的驱动信号始终是互补的。的驱动信号始终是互补的。当给当给当给当给V1(V4)V1(V4)加导通信号时，可能是加导通信号时，可能是加导通信号时，可能是加导通信号时，可能是V1(V4)V1(V4)导通，也可能是二极管导通，也可能是二极管导通，也可能是二极管导通，也可能是二极管VD1(VD4)VD1(VD4)续流导通，这要由阻感负载中电流的方向续流导通

17、，这要由阻感负载中电流的方向续流导通，这要由阻感负载中电流的方向续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。来决定。来决定。来决定。uUNuUN、uVNuVN和和和和uWNuWN的的的的PWMPWM波形都只波形都只波形都只波形都只有有有有Ud/2Ud/2两种电平。两种电平。两种电平。两种电平。图图7-7 三相三相(sn xin)桥式桥式PWM型逆变型逆变电路电路 图图7-8 三相桥式三相桥式PWM逆变电路波形逆变电路波形 第9页/共59页第十页，共60页。11/607.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法

18、法和调制法法和调制法法和调制法图图7-7 三相三相(sn xin)桥式桥式PWM型逆变电路型逆变电路 图图7-8 三相三相(sn xin)桥式桥式PWM逆变电路波形逆变电路波形 输出线电压输出线电压PWM波由波由Ud和和0三种电平构成。三种电平构成。当臂当臂1和和6导通时，导通时，uUV=Ud。当臂当臂3和和4导通时，导通时，uUV=Ud。当臂当臂1和和3或臂或臂4和和6导通时，导通时，uUV=0。负载相电压负载相电压uUN可由下式求得可由下式求得 负载相电压的负载相电压的PWM波由波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和和0共共5种电种电平组成。平组成。为了防止上下两个臂直通而造成短路，在上下两

19、臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的为了防止上下两个臂直通而造成短路，在上下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间死区时间。第10页/共59页第十一页，共60页。12/607.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法图图7-9 特定谐波消去法的输出特定谐波消去法的输出(shch)PWM波形波形 特定谐波消去法特定谐波消去法 是计算法中一种较有代表性的方法。是计算法中一种较有代表性的方法。如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各如果在输出电压半个周期内开

20、关器件开通和关断各k次，考虑到次，考虑到PWM波四分之一周期对称，共有波四分之一周期对称，共有k个开关时刻可以控制，除去用一个自由度来控制基波幅值外，可以消去个开关时刻可以控制，除去用一个自由度来控制基波幅值外，可以消去k1个频率的特定谐波。个频率的特定谐波。以三相桥式以三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路(dinl)中的中的uUN波形为例波形为例 在输出电压的半个周期内，器件开通和关断各在输出电压的半个周期内，器件开通和关断各3次（不包括次（不包括0和和时刻），共有时刻），共有6个开关时刻可以控制。个开关时刻可以控制。第11页/共59页第十二页，共60页。13/607.2.1 7.2.1 7.

21、2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法为了为了(wi le)消除偶次谐波，应使波形正负两半周期镜对称，即消除偶次谐波，应使波形正负两半周期镜对称，即 为了消除谐波中的余弦项，简化计算过程，应使波形在正半周期内前后为了消除谐波中的余弦项，简化计算过程，应使波形在正半周期内前后(qinhu)1/4周期以周期以/2为轴线对称，即为轴线对称，即 同时满足式同时满足式(7-1)和式和式(7-2)的波形称为的波形称为四分之一周期对称波形四分之一周期对称波形，这种波形可用傅里叶级数表示为，这种波形可用傅里叶级数表示

22、为式中，式中，an为为(7-1)(7-2)(7-3)第12页/共59页第十三页，共60页。14/607.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法图图7-9 特定特定(tdng)谐波消去法的输出谐波消去法的输出PWM波形波形 因为图因为图7-9的波形是四分之一周期对称的，所以在一个的波形是四分之一周期对称的，所以在一个(y)周期内的周期内的12个开关时刻（不包括个开关时刻（不包括0和和 时刻）中，能够独立控制的只有时刻）中，能够独立控制的只有 1、2和和 3共共3个时刻，该波形的个

23、时刻，该波形的an为为(7-4)第13页/共59页第十四页，共60页。15/607.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)法和调制法法和调制法法和调制法法和调制法在三相对称电路的线电压中，相电压所含的在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波次谐波(xi b)相互抵消，相互抵消，因此通常可以考虑消去因此通常可以考虑消去5次和次和7次谐波次谐波(xi b)，根据需要确定基波分量，根据需要确定基波分量a1的的值，再令值，再令a5和和a7等于等于0，就可以建立三个方程，联立可求得，就可以建立三个方程，联立可求得 1、2

24、和和 3。这样这样(zhyng)可以消去两种特定频率的谐波，对于给定的基波幅值可以消去两种特定频率的谐波，对于给定的基波幅值a1，求解，求解上述方程可得一组上述方程可得一组 1、2和和 3，基波幅值，基波幅值a1改变时，改变时，1、2和和 3也相应地改变。也相应地改变。(7-5)第14页/共59页第十五页，共60页。16/607.2.2 7.2.2 7.2.2 7.2.2 异步调制异步调制异步调制异步调制(tiozh)(tiozh)(tiozh)(tiozh)和同步调制和同步调制和同步调制和同步调制(tiozh)(tiozh)(tiozh)(tiozh)载波频率载波频率fc与调制信号频率与调制

25、信号频率fr之比之比N=fc/fr称为载波比，根据载波和称为载波比，根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为调制方式可分为(fn wi)异步调制和同步调制两种。异步调制和同步调制两种。异步调制异步调制 载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。通常保持载波频率通常保持载波频率fc固定不变，因而当信号波频率固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载变化时，载波比波比N是变化的。是变化的。在信号波的半个周期内，在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不波的脉冲个数不固

26、定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对周期的脉冲也不对称。称。当当fr较低时，较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小，不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。波形接近正弦波。当当fr增高时，增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称脉冲不对称的影响就变大，输出的影响就变大，输出PWM波和正弦波的差异变大，对于三相波和正弦波的差异变大，对于三相PWM型型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。逆变电路来说，三相输

27、出的对称性也变差。在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。波频率较高时仍能保持较大的载波比。第15页/共59页第十六页，共60页。17/607.2.2 7.2.2 7.2.2 7.2.2 异步调制异步调制异步调制异步调制(tiozh)(tiozh)(tiozh)(tiozh)和同步调制和同步调制和同步调制和同步调制(tiozh)(tiozh)(tiozh)(tiozh)ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud-2Ud图图7-10 同步调制同步调制(tiozh)三相三

28、相PWM波形波形 同步调制同步调制 载波比载波比N等于等于(dngy)常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。fr变化时载波比变化时载波比N不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。在三相在三相PWM逆变电路中，通常公用一个三角波载波，为了使三相输出波形严格对称和一相的逆变电路中，通常公用一个三角波载波，为了使三相输出波形严格对称和一相的PWM波正负半周镜对称，取波正负半周镜对称，取N为为3的整数倍且为奇数。的整数倍且为奇数。当逆变电

29、路输出频率很低时，同步调制时的当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的fc也很低，也很低，fc过低时由调制带来的谐波不易滤除，当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声；当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的过低时由调制带来的谐波不易滤除，当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声；当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的fc会过高，使开关器件难以承受。会过高，使开关器件难以承受。第16页/共59页第十七页，共60页。18/607.2.2 7.2.2 7.2.2 7.2.2 异步调制异步调制异步调制异步调制(tiozh)(tiozh)(tiozh)(tiozh)和同步调制和同步调制和同步调制和

30、同步调制(tiozh)(tiozh)(tiozh)(tiozh)图图7-11 分段同步分段同步(tngb)调制方式举调制方式举例例 分段同步调制分段同步调制 把把fr范围划分成若干个频段，每个频段范围划分成若干个频段，每个频段内都保持载波比内都保持载波比N为恒定，不同频段的载波比为恒定，不同频段的载波比不同。不同。在在fr高的频段采用较低的载波比，以使高的频段采用较低的载波比，以使fc不致过高，限制在功率开关不致过高，限制在功率开关(kigun)器件允器件允许的范围内。许的范围内。在在fr低的频段采用较高的载波比，以使低的频段采用较高的载波比，以使fc不致过低而对负载产生不利影响。不致过低而对

31、负载产生不利影响。为了防止为了防止fc在切换点附近的来回跳动，在切换点附近的来回跳动，在各频率切换点采用了滞后切换的方法。在各频率切换点采用了滞后切换的方法。有的装置在低频输出时采用异步调制方有的装置在低频输出时采用异步调制方式，而在高频输出时切换到同步调制方式，式，而在高频输出时切换到同步调制方式，这样可以把两者的优点结合起来，和分段同这样可以把两者的优点结合起来，和分段同步方式的效果接近。步方式的效果接近。实线表示输出实线表示输出频率增高时的频率增高时的切换频率切换频率虚线表示虚线表示输出频率输出频率降低时的降低时的切换频率切换频率 第17页/共59页第十八页，共60页。19/607.2.

32、3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 规则规则规则规则(guz)(guz)(guz)(guz)采样法采样法采样法采样法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d图图7-12 规则规则(guz)采样法采样法 在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称为波形的方法称为(chn wi)自然采样法。自然采样法。规则采样法规则采样法 是一种应用较广的工程实用方法，其效果接近自然采样法，但计算量却比自然采样法小得多。是一种应用较广的工程实用方法，其效果接近自然采样法，但计算量却比自然

33、采样法小得多。方法说明方法说明 取三角波两个正峰值之间为一个采样周期取三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc，使每个脉冲的中点都以相应的三角波中点（即负峰点）为对称。，使每个脉冲的中点都以相应的三角波中点（即负峰点）为对称。在三角波的负峰时刻在三角波的负峰时刻tD对正弦信号波采样而得到对正弦信号波采样而得到D点，过点，过D点作一水平直线和三角波分别交于点作一水平直线和三角波分别交于A点和点和B点，在点，在A点时刻点时刻tA和和B点时刻点时刻tB控制功率开关器件的通断。控制功率开关器件的通断。可以看出，用这种规则采样法得到的脉冲宽度可以看出，用这种规则采样法得到的脉冲宽度 和用自然采样法得到的脉

34、冲宽度非常接近。和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。第18页/共59页第十九页，共60页。20/607.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 规则规则规则规则(guz)(guz)(guz)(guz)采样法采样法采样法采样法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d图图7-12 规则规则(guz)采样法采样法 和和 的确定的确定 设正弦调制设正弦调制(tiozh)信号波为信号波为 式中，式中，a称为调制度，称为调制度，0ac r r，是很容易滤除的。，是很容易滤除的。，是很容易滤除的。，是很容易滤除的。当调制信号波不是正弦波，而是其它波形时，其谐波由两部分组成当调制信

35、号波不是正弦波，而是其它波形时，其谐波由两部分组成当调制信号波不是正弦波，而是其它波形时，其谐波由两部分组成当调制信号波不是正弦波，而是其它波形时，其谐波由两部分组成(z(z chnchn)，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，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，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，一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。信号波对载波的调制而产生的谐波。信号波对载波的调制而产生的谐波。信号波对载波的调制而产生的谐波。第24页/共59页第二十五页，共60页。2

36、6/607.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率和减少提高直流电压利用率和减少提高直流电压利用率和减少提高直流电压利用率和减少(jinsho)(jinsho)(jinsho)(jinsho)开开开开关次数关次数关次数关次数 提高直流电压利用率、减少开关次数在提高直流电压利用率、减少开关次数在提高直流电压利用率、减少开关次数在提高直流电压利用率、减少开关次数在PWMPWM型逆变电路中是很重要的。型逆变电路中是很重要的。型逆变电路中是很重要的。型逆变电路中是很重要的。直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最大幅值直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最

37、大幅值直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最大幅值直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最大幅值U1mU1m和直流电压和直流电压和直流电压和直流电压UdUd之之之之比。比。比。比。提高直流电压利用率可以提高逆变器的输出能力。提高直流电压利用率可以提高逆变器的输出能力。提高直流电压利用率可以提高逆变器的输出能力。提高直流电压利用率可以提高逆变器的输出能力。减少功率器件减少功率器件减少功率器件减少功率器件(qjin)(qjin)的开关次数可以降低开关损耗。的开关次数可以降低开关损耗。的开关次数可以降低开关损耗。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正弦波

38、调制的三相正弦波调制的三相PWMPWM逆变电路的直流电压利用率很低。逆变电路的直流电压利用率很低。逆变电路的直流电压利用率很低。逆变电路的直流电压利用率很低。在调制度在调制度在调制度在调制度a a为最大值为最大值为最大值为最大值1 1时，输出相电压的基波幅值为时，输出相电压的基波幅值为时，输出相电压的基波幅值为时，输出相电压的基波幅值为Ud/2Ud/2，输出线电压的基波幅值为，输出线电压的基波幅值为，输出线电压的基波幅值为，输出线电压的基波幅值为 ，即直流电压利用率仅为，即直流电压利用率仅为，即直流电压利用率仅为，即直流电压利用率仅为0.8660.866。实际电路工作时，考虑到功率器件实际电路

39、工作时，考虑到功率器件实际电路工作时，考虑到功率器件实际电路工作时，考虑到功率器件(qjin)(qjin)的开通和关断都需要时间，如不采取其他措的开通和关断都需要时间，如不采取其他措的开通和关断都需要时间，如不采取其他措的开通和关断都需要时间，如不采取其他措施，调制度不可能达到施，调制度不可能达到施，调制度不可能达到施，调制度不可能达到1 1，实际能得到的直流电压利用率比，实际能得到的直流电压利用率比，实际能得到的直流电压利用率比，实际能得到的直流电压利用率比0.8660.866还要低。还要低。还要低。还要低。第25页/共59页第二十六页，共60页。27/607.2.5 7.2.5 7.2.5

40、 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关提高直流电压利用率和减少开关提高直流电压利用率和减少开关提高直流电压利用率和减少开关(kigun)(kigun)(kigun)(kigun)次数次数次数次数ucurUurVurWuuUNOwtOwtOwtOwtuVNuUV图图7-15 梯形波为调制信号梯形波为调制信号(xnho)的的PWM控制控制 采用梯形波作为调制信号采用梯形波作为调制信号 当梯形波幅值和三角波幅值相等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已超时，梯形波所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值，可以有效地提高直过了三角波幅值，可以有效地提高直流电压利用率。流电压利用率。

41、决定功率开关器件通断的方法和决定功率开关器件通断的方法和用正弦波作为调制信号波时完全相同。用正弦波作为调制信号波时完全相同。对梯形波的形状对梯形波的形状(xngzhun)用三用三角化率角化率=Ut/Uto来描述，其中来描述，其中Ut为以为以横轴为底时梯形波的高，横轴为底时梯形波的高，Uto为以横轴为以横轴为底边把梯形两腰延长后相交所形成为底边把梯形两腰延长后相交所形成的三角形的高。的三角形的高。=0时梯形波变为矩形波，时梯形波变为矩形波，=1时时梯形波变为三角波。梯形波变为三角波。第26页/共59页第二十七页，共60页。28/607.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 提高提高提高提高

42、(t go)(t go)(t go)(t go)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图图7-16 变化变化(binhu)时的时的和直流电压利用率和直流电压利用率 图图7-17 变化时的各次谐波变化时的各次谐波(xi b)含量含量 由于梯形波中含有由于梯形波中含有低次谐波低次谐波，调制后的，调制后的PWM波仍含有同样的低次谐波，设由这些低次谐波（不包括由载波引起的谐波）产生的波形畸变率为波仍含有同样的低次谐波，设由这些低次谐波（不包括由载波引起的谐波）产生的波形畸变率为，则三角化率，则三角化率 不同时，不同时，和直流电压

43、利用率和直流电压利用率U1m/Ud也不同。也不同。=0.4时，谐波含量也较少，约为时，谐波含量也较少，约为3.6%，直流电压利用率为，直流电压利用率为1.03，综合效果较好。，综合效果较好。用梯形波调制时，输出波形中含有用梯形波调制时，输出波形中含有5次次、7次次等低次谐波，这是梯形波调制的缺点，实际应用时，可以考虑将正弦波和梯形波结合使用。等低次谐波，这是梯形波调制的缺点，实际应用时，可以考虑将正弦波和梯形波结合使用。第27页/共59页第二十八页，共60页。29/607.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关提高直流电压利用率和减少开关提高直流电压利用率和减

44、少开关提高直流电压利用率和减少开关(kigun)(kigun)(kigun)(kigun)次数次数次数次数uucr1uOwturur1uOwtur3图图7-18 叠加叠加3次谐波的调制次谐波的调制(tiozh)信号信号 线电压控制方式线电压控制方式 目标是使输出的线电压波形中不含低次谐波，同时尽可能提高直流电压利用率，也应尽量减少功率器件的开关次数。目标是使输出的线电压波形中不含低次谐波，同时尽可能提高直流电压利用率，也应尽量减少功率器件的开关次数。在相电压正弦波调制信号中叠加适当大小的在相电压正弦波调制信号中叠加适当大小的3次谐波，使之成为鞍形波，则经过次谐波，使之成为鞍形波，则经过PWM调

45、制后逆变电路输出的相电压中也必然包含调制后逆变电路输出的相电压中也必然包含3次谐波，且三相的三次谐波相位相同，在合成线电压时，各相电压的次谐波，且三相的三次谐波相位相同，在合成线电压时，各相电压的3次谐波相互抵消，线电压为正弦波。次谐波相互抵消，线电压为正弦波。图图7-18中，调制信号中，调制信号ur成为鞍形波，基波分量成为鞍形波，基波分量(fn ling)ur1的幅值更大，但的幅值更大，但ur的最大值不超过三角波载波最大值。的最大值不超过三角波载波最大值。基波基波ur1正峰值附近恰为正峰值附近恰为3次次谐波谐波ur3的负半波，两者的负半波，两者相互抵消。相互抵消。第28页/共59页第二十九页

46、，共60页。30/607.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 提高提高提高提高(t go)(t go)(t go)(t go)直流电压利用率和减少开关直流电压利用率和减少开关直流电压利用率和减少开关直流电压利用率和减少开关次数次数次数次数图图7-19 线电压控制线电压控制(kngzh)方式举例方式举例 线电压控制方式举例线电压控制方式举例 可以在正弦调制信号可以在正弦调制信号(xnho)中叠加中叠加3次谐波外，还可以叠加其他次谐波外，还可以叠加其他3倍频于正弦波的信号倍频于正弦波的信号(xnho)，也可以再叠加直流分量，这些都不会影响线电压。，也可以再叠加直流分量，这些都不会影响线电压

47、。图图7-19中，中，up中既包含中既包含3的整数倍次谐波，也包含直流分量，而且其大小是随正弦信号的整数倍次谐波，也包含直流分量，而且其大小是随正弦信号(xnho)的大小而变化的，设三角波载波幅值为的大小而变化的，设三角波载波幅值为1，三相调制信号，三相调制信号(xnho)中的正弦波分量分别为中的正弦波分量分别为urU1、urV1和和urW1，并令，并令 则三相的调制信号分别为则三相的调制信号分别为(7-12)(7-13)第29页/共59页第三十页，共60页。31/607.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 提高提高提高提高(t go)(t go)(t go)(t go)直流电压利用率

48、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图图7-19 线电压控制线电压控制(kngzh)方方式举例式举例 不论不论urU1、urV1和和urW1幅值的大小，幅值的大小，urU、urV、urW中总有中总有1/3周期的值是和三角波负峰周期的值是和三角波负峰值相等的，其值为值相等的，其值为-1，在这，在这1/3周期中，并不周期中，并不对调制信号值为对调制信号值为-1的一相进行控制，而只对其的一相进行控制，而只对其他两相进行他两相进行PWM控制，因此也称为两相控制控制，因此也称为两相控制方式。方式。两相控制方式有以下优点两相控制方式有以下优点

49、在信号波的在信号波的1/3周期内开关器件周期内开关器件(qjin)不动不动作，可使功率器件作，可使功率器件(qjin)的开关损耗减少的开关损耗减少1/3。最大输出线电压基波幅值为最大输出线电压基波幅值为Ud，和相电压，和相电压控制方法相比，直流电压利用率提高了控制方法相比，直流电压利用率提高了15%。输出线电压中不含低次谐波，这是因为相输出线电压中不含低次谐波，这是因为相电压中相应于电压中相应于up的谐波分量相互抵消的缘故，的谐波分量相互抵消的缘故，这一性能优于梯形波调制方式。这一性能优于梯形波调制方式。第30页/共59页第三十一页，共60页。32/607.2.6 7.2.6 7.2.6 7.

50、2.6 空间矢量空间矢量空间矢量空间矢量(shling)SVPWM(shling)SVPWM(shling)SVPWM(shling)SVPWM控制控制控制控制空间矢量空间矢量SVPWM控制技术广泛运用于变频器中，驱动交流电机时，使电机的磁链成为圆形的旋转磁场，从而使电机产生恒定的电磁转矩。控制技术广泛运用于变频器中，驱动交流电机时，使电机的磁链成为圆形的旋转磁场，从而使电机产生恒定的电磁转矩。空间矢量空间矢量SVPWM控制技术控制技术 图图4-9所示的三相电压型桥式逆变电路，采用所示的三相电压型桥式逆变电路，采用180导通方式，共有导通方式，共有8种工作状态，即种工作状态，即V6、V1、V2