电力电子技术复习笔记3

第七章 PWM控制技术

    PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。为什么要对脉冲的宽度进行调制呢，这是因为面积等效原理：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。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。因此我们可以用一系列等幅不等宽的pwm波来代替正弦波（把正弦波看作是N个彼此相连的脉冲宽度为pi/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。如果把上述脉冲列利用相同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，就得到PWM波形。

    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，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多（任一点宽度与高度线性关系，左右对称）。调制法按照载波u在一个ur（调制信号）周期内的极型变化分为单极性和双极型。

    单极型    pwm调制方式：

    调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。(半个周期单一极性)

    输出的pwm波总是Ur大于Uc的时候才有信号。

    双极型：

    仍然在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。 在ur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ur的一个周期内，输出的PWM波只有±Ud两种电平。在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

    三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性PWM控制方式。

 

    同步调制与异步调制

    载波频率fc与调制信号频率fr之比N= fc/fr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，PWM调制方式可分为异步调制和同步调制两种。

    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fc固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载波比N是变化的。

◆在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。

◆当fr较低时，N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，PWM波形接近正弦波。

◆当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，输出PWM波和正弦波的差异变大，对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。

◆在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。

载波比N等于常数，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。

◆f_r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。

◆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,一相的PWM波正负半周镜对称，取N为3的整数倍且为奇数。

◆当逆变电路输出频率很低时（ fr 低），N不变，故同步调制时的f_c也很低。f_c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f_c会过高，使开关器件难以承受。 同步调制如下：

 

 

    规则采样法

    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SPWM波形的方法称为自然采样法。

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。

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。（比较自然采样）在三角波的负峰时刻tD对正弦信号波采样而得到D点，过D点作一水平直线和三角波分别交于A点和B点，在A点时刻tA和B点时刻tB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和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。 （等腰三角形相似原理）

        

    SVPWM（空间矢量法）

    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（非正弦），从而使电机产生恒定的电磁转矩。

■空间矢量SVPWM控制技术

◆图所示的三相电压型桥式逆变电路，采用180°导通方式，共有8种工作状态，即V6、V1、V2通，V1、V2、V3通，V2、V3、V4通，V3、V4、V5通，V4、V5、V6通，V5、V6、V1通，以及V1、V3、V5通和V2、V4、V6通，用"1"表示每相上桥臂开关导通，用"0"表示下桥臂开关导通，则上述8种工作状态可依次表示为100、110、010、011、001、101以及111和000。

◆前6种状态有输出电压，属有效工作状态，而后两种全部是上管通或下管通，没有输出电压，称之为零工作状态，故对于这种基本的逆变器，称之为6拍逆变器。

 

 

    PWM跟踪控制法

    跟踪控制方法：把希望输出的电流或电压波形作为指令信号，把实际电流或电压波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。

    电流跟踪控制中应用最多的是滞环比较方式