《WM控制技術(shù)本》PPT課件

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1、1第7章PWM控制技術(shù)7.1PWM控制的基本原理7.2PWM逆變電路及其控制方法7.3PWM跟蹤控制技術(shù)7.4PWM整流電路及其控制方法2引言1964年，德國學(xué)者A.Schonung和H.Stemmler率先提出了脈寬調(diào)制（PWM:PulseWidthModulation）的思想，把通訊技術(shù)中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于交流傳動中，開創(chuàng)了DC-AC技術(shù)研究的新領(lǐng)域。3電壓型（方波）逆變器可以方便地調(diào)整輸出電壓的頻率，但輸出電壓的幅度在逆變環(huán)節(jié)中無法調(diào)節(jié)，通常需要增加調(diào)壓環(huán)節(jié)完成調(diào)壓功能，但這種方法使系統(tǒng)復(fù)雜，且輸出電壓諧波大。從傅立葉分析可知，如果把方波逆變器輸出的方波用多個(gè)小方波取代，這樣可以通過控制小

2、方波的寬度控制逆變器輸出基波的幅度。由于小方波的頻率是逆變器輸出基波頻率的N倍，因此逆變器輸出的最低次諧波頻率升高.4圖方波逆變器輸出的方波用N個(gè)小方波取代改變小方波脈沖寬度調(diào)節(jié)輸出基波幅度5PWM逆變器從根本上解決了方波逆變器存在的問題。近幾十年來，該技術(shù)一直是電力電子的研究熱點(diǎn)，并在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)效益。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，從模擬電路發(fā)展到全數(shù)字化方案；在調(diào)制原理上提出了自然采樣法、規(guī)則采樣法、等面積算法、消除有限次諧波的優(yōu)化調(diào)制方法等等。為了適應(yīng)交流異步電機(jī)變頻調(diào)速的應(yīng)用，提出了電壓正弦波調(diào)制、磁通正弦波調(diào)制和電流正弦波調(diào)制算法。為了獲得優(yōu)良的輸出波形，提出了消除有限次諧波的算法、

3、效率最優(yōu)的和轉(zhuǎn)矩脈動最小的PWM算法。為了消除音頻噪聲、消除低次諧波以及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，又提出了各種隨機(jī)PWM技術(shù)。到目前為止，對這一技術(shù)仍不斷有新方案提出，充分體現(xiàn)出其強(qiáng)大的生命力。67PWM(PulseWidthModulation)控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。PWM波形可能是等幅的，也可能是不等幅的。由直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅的，如逆變電路和直流斬波電路。當(dāng)輸入是交流電源時(shí)，產(chǎn)生的PWM波是不等幅的，如交流斬波調(diào)壓電路、矩陣式交交變頻電路等。不管是等幅還是不等幅，都是基于面積等效原理來進(jìn)行控制的。87.1PWM

4、控制的基本原理等幅PWM波輸入電源是恒定直流直流斬波電路PWM逆變電路PWM整流電路不等幅PWM波輸入電源是交流或不是恒定的直流斬控式交流調(diào)壓電路矩陣式變頻電路OwtUd-UdUoωt1)PWM波形97.1PWM控制的基本原理2）重要理論基礎(chǔ)——面積等效原理PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同（環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同）。沖量窄脈沖的面積效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同圖7-1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)f(t)d(t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf(t)f(t)f(t)10b)具

5、體的實(shí)例說明“面積等效原理”a）e(t)－電壓窄脈沖，是電路的輸入。i(t)－輸出電流，是電路的響應(yīng)。11/607.1PWM控制的基本原理■用PWM波代替正弦半波◆將正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖寬度為?/N，但幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的?！舭焉鲜雒}沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是PWM波形?！魧τ谡也ǖ呢?fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。圖7-3用PWM波代替正弦半波◆脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM（Sinus

6、oidalPWM）波形?！鯬WM波形可分為等幅PWM波和不等幅PWM波兩種，由直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅PWM波?！龌诘刃娣e原理，PWM波形還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。1213OwtUd-Ud對于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為：OwtUd-Ud根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。14電壓源型逆變器調(diào)制出來的是PWM電壓波。電流源型逆變器調(diào)制出來的是PWM電流波。PWM波可等效的各種波形直流斬波電路直流波形SPWM波正弦波形等效成其他所需波形，如:

7、所需波形等效的PWM波157.2PWM逆變電路及其控制方法7.2.1計(jì)算法和調(diào)制法7.2.2異步調(diào)制和同步調(diào)制7.2.3規(guī)則采樣法7.2.4PWM逆變電路的諧波分析7.2.5提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)7.2.6空間矢量SVPWM控制7.2.7PWM逆變電路的多重化16目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)。逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合。本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體。PWM逆變電