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《脈沖寬度調(diào)制(pwm)技術(shù)原理》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、一、PWM技術(shù)原理 由于全控型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn),不僅使得逆變電路的結(jié)構(gòu)大為簡化,而且在控制策略上與晶閘管類的半控型器件相比,也有著根本的不同,由原來的相位控制技術(shù)改變?yōu)槊}沖寬度控制技術(shù),簡稱PwM技術(shù)。PwM技術(shù)可以極其有效地進行諧波抑制,在頻率、效率各方面有著明顯的優(yōu)點使逆變電路的技術(shù)性能與可靠性得到了明顯的提高。采用PwM方式構(gòu)成的逆變器,其輸人為固定不變的直流電壓,可以通過PwM技術(shù)在同一逆變器中既實現(xiàn)調(diào)壓又實現(xiàn)調(diào)頻。由于這種逆變器只有一個可控的功率級,簡化了主回路和控制回路的結(jié)構(gòu),因而體積小、質(zhì)量輕、可靠性高。又因為集凋壓、調(diào)頻于一身,所以調(diào)節(jié)速度快、系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)好。此外
2、,采用PwM技術(shù)不僅能提供較好的逆變器輸出電壓和電流波形,而且提高了逆變器對交流電網(wǎng)的功率因數(shù)。把每半個周期內(nèi),輸出電壓的波形分割成若干個脈沖,每個脈沖的寬度為每兩個脈沖間的間隔寬度為t2,則脈沖的占空比γ為 此時,電壓的平均值和占空比成正比,所以在調(diào)節(jié)頻率時,不改變直流電壓的幅值,而是改變輸出電壓脈沖的占空比,也同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。二、正弦波脈寬調(diào)制(sPwM)1.sPwM的概念 工程實際中應(yīng)用最多的是正弦PwM法(簡稱sPwM),它是在每半個周期內(nèi)輸出若干個寬窄不同的矩形脈沖波,每一矩形波的面積近似對應(yīng)正弦波各相應(yīng)每一等份的正弦波形下的面積可用一個與該面積相等的矩形來代
3、替,于是正弦波形所包圍的面積可用這N個等幅(Vd)不等寬的矩形脈沖面積之和來等效。各矩形脈沖的寬度自可由理論計算得出,但在實際應(yīng)用中常由正弦調(diào)制波和三角形載波相比較的方式來確定脈寬:因為等腰三角形波的寬度自上向下是線性變化的,所以當(dāng)它與某一光滑曲線相交時,可得到一組幅值不變而寬。度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖。若使脈沖寬度與正弦函數(shù)值成比例,則也可生成sPwM波形。在工程應(yīng)用中感興趣的是基波,假定矩形脈沖的幅值Vd恒定,半周期內(nèi)的脈沖數(shù)N也不變,通過理論分析可知,其基波的幅值V1m脈寬δi有線性關(guān)系 在進行脈寬調(diào)制時,使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值時,脈沖的寬度也
4、最大,而脈沖間的間隔則最小。反之,當(dāng)正弦值較小時,脈沖的寬度也小,而脈沖間的間隔則較大,如圖53所示;這樣的電壓脈沖系列可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小,稱為正弦波脈寬調(diào)制。sPwM方式的控制方法可分為多種。從實現(xiàn)的途徑可分為硬件電路與軟件編程兩種類型;而從工作原理上則可按調(diào)制脈沖的極性關(guān)系和控制波與載波間的頻率關(guān)系來分類。按調(diào)制脈沖極性關(guān)系可分為單極性sPwM和雙極性sPwM兩種?! ?.雙極性sPwM法 雙極性控制則是指在輸出波形的半周期內(nèi),逆變器同一橋臂中的兩只元件均處于開關(guān)狀態(tài),但它們之間的關(guān)系是互補的,即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。這樣輸出波形在任何半周期內(nèi)都會出現(xiàn)正、負
5、極性電壓交替的情況,故稱之為雙極性控制。與單極性控制方式相比,載波和控制波都變成了有正、負半周的交流方式,其輸出矩形波也是任意半周中均出現(xiàn)正負交替的情況 4.sPwM生成方法 正弦脈寬調(diào)制波(sPwM)的生成方法可分為硬件電路與軟件編程兩種方式。 按照前面講述的PWM逆變電路的基本原理和控制方法,可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路,用比較器來確定它們的交點,在交點時刻對功率開關(guān)器件的通斷進行控制,就可以生成SPWM波形。但這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以實現(xiàn)精確的控制。微機控制技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成的SPWM波形變得比較容易,因此,目前SPWM波形的生成和控制多用微機來實
6、現(xiàn)。本節(jié)主要介紹用軟件生成SPWM波形的幾種基本算法。自然采樣法 按照SPWM控制的基本原理,在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關(guān)器件的通斷,這種生成SPWM波形的方法稱為自然采樣法。正弦波在不同相位角時其值不同,因而與三角波相交所得到的脈沖寬度也不同。另外,當(dāng)正弦波頻率變化或幅值變化時,各脈沖的寬度也相應(yīng)變化。要準確生成SPWM波形,就應(yīng)準確地算出正弦波和三角波的交點。生成sPWM自然采樣法 左圖給出了用自然采樣法生成SPWM波形的方法?! 〗稽cA是發(fā)出脈沖的時刻tA,交點B是結(jié)束脈沖的時刻tB,t2為脈寬,t1+t3為脈寬間歇時間,Tc=t1+t2+t3。為載波周期,M=U
7、rm/Utm為調(diào)制度,Urm為調(diào)制波幅值,Utm為載波幅值。 設(shè)Utm=1,則Urm=M,正弦調(diào)制波為ur=Msinω1t,ω1為調(diào)制頻率,也是逆變器輸出頻率。由幾何相似三角形關(guān)系可得脈寬計算式t2=Tc/2[1+M/2(sinω1tA+sinω1tB)] 這是一個超越方程,tA、tB與載波比N和調(diào)制度M都有關(guān)系,求解困難,并且tl≠t3,計算更增加困難,這種采樣法不適宜微機實時控制。規(guī)則采樣法 自然采樣法的主要問題是SPWM