脉宽调制(PWM)技术-教案.ppt

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1、现代电力电子及变流技术第三章脉宽调制(PWM)技术第三章脉宽调制(PWM)技术引言3.1PWM的基本原理3.2SPWM的调制原理3.3SPWM的调制方法3.4SPWM的实现3.5SVPWM的原理及实现本章小结引言说明：PWM的思想源于通信技术，全控型器件的发展促进了PWM技术的应用和完善；PWM技术在逆变电路中的成功应用确定了它在电力电子技术中的重要地位；PWM技术以其对波形调制的灵活性和通用型，在电力电子领域得到了广泛的应用，成为电力变换器控制的基础。PWM(PulseWidthModulation)指脉宽调制技术：——通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形（含形状和

2、幅值)。3.1PWM的基本原理理论基础面积等效原理——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。冲量窄脉冲的面积效果基本相同环节的输出响应波形基本相同图6-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)3.1PWM的基本原理PWM的调制思想如何用一系列脉冲来代替一个正弦半波？Ouωt>SPWM波Ouωt>Ouωt>固定幅值，使波形调制方案更具可实现性3.1PWM的基本原理PWM的调制原理如何改变正弦波形幅值？Ouωt>SPWM波Ouωt>Ouωt>按同一比例改

3、变各脉冲宽度如何改变正弦波形频率？在脉冲周期不变的条件下，改变脉冲个数3.1PWM的基本原理SPWM的调制单极性SPWM—对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形。OwtUd-Ud双极性SPWM—根据面积等效原理，正弦波还可等效为右图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。OwtUd-Ud3.1PWM的基本原理小结PWM波可等效的各种波形直流斩波电路直流波形SPWM波正弦波形等效成其他所需波形，如:所需波形等效的PWM波3.2SPWM的调制原理注：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。根据正弦波频率、幅值和半周期脉

4、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SPWM波形。SPWM生成的基本思想3.2SPWM的调制原理SPWM生成的计算方法——特定谐波消去法波形设计：输出电压半周期内，器件通、断各3次（不包括0和π），共6个开关时刻可控。为减少谐波并简化控制，要尽量使波形对称。OwtuoUd-Ud2ppa1a2a3一种较有代表性的方法3.2SPWM的调制原理特定谐波消去法——波形计算首先，为消除偶次谐波，使波形正负两半周期对称，即其次，为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期内前后1/4周期以π/2为轴线对称同时满足上两式的波形，用傅里叶级数表示为式中：3

5、.2SPWM的调制原理特定谐波消去法——波形计算能独立控制a1、a2和a3共3个时刻,该波形的an为OwtuoUd-Ud2ppa1a2a3式中n=1,3,5,…低次谐波幅值大将两种特定频率谐波的幅值设计为0，形成两个独立方程特定谐波消去法——波形计算在三相对称电路中，相电压所含的3次谐波相互抵消。可设计消去5次和7次谐波，则正弦波幅值3.2SPWM的调制原理a1、a2和a3待求解的量？还需要两个独立方程可得a1、a2和a3。特定谐波消去法——小结3.2SPWM的调制原理一般在输出电压半周期内，器件通、断各k次，考虑到PWM波四分之一周期对称，k个开关时刻可控，除用一个自由度控制基波

6、幅值外，可消去k－1个频率的特定谐波。k的取值越大，消去的特定谐波越多，波形越理想，但开关时刻的计算越复杂。有没有更好的产生SPWM的方法？这种方法能够取很大的k值又无需复杂的计算单极性SPWM的调制方法——单相桥逆变3.3SPWM的调制方法ur正半周，V1保持通，V2保持断——当ur>uc时，使V4通，V3断，uo=Ud；——当uruc时，使V4通，V3断，uo=0；——当ur

7、时刻控制IGBT的通断双极性SPWM的调制方法——单相桥逆变3.3SPWM的调制方法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断特点：在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两种电平。当ur>uc时，V1和V4导通，V2和V3关断——io>0时，V1和V4工作，uo=Ud；——io<0时，VD1和VD4工作，uo=Ud。当ur>uc时，V2和V3导通，V1和V4关断——io<0时，V2和