第6章 PWM控制技术

u rU u u rV uc u rW
输出线电压PWM波由±Ud和0三 ± 种电平构成 负载相电压PWM波由(±2/3)Ud、 ± (±1/3)Ud和0共5种电平组成。 ± 防直通的死区时间
同一相上下两臂的驱动信号互补， 为防止上下臂直通而造成短路， 留一小段上下臂都施加关断信号 的死区时间。 死区时间的长短主要由开关器件 的关断时间决定。 死区时间会给输出的PWM波带来 影响，使其稍稍偏离正弦波。
6-23
O u UN'
U d 2 U d 2 Ud 2 Ud 2 Ud 2
? t
O
?
? t
u VN' O
?
? t
u WN'
O
? t
u UV Ud O -Ud u UN O
2Ud 3 Ud 3
? t
? t
图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
6-17
6.2.2 异步调制和同步调制
? ?
O u UN'
U d 2 U d 2 Ud 2 Ud 2 Ud 2
? t
O
? t
u VN' O
? t
u WN'
O
? t
u UV Ud O -Ud u UN O
2Ud 3 Ud 3
? t
? t
图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
6-16
6.2.1 计算法和调制法
u O uUN'
Ud 2 − Ud 2
urU
uc urV
urW
t
O
t
uVN' O uWN' O t t
图6-10 同步调制三相PWM波形
6-19
6.2.2 异步调制和同步调制
21 0 17 4 9 9
3）分段同步调制 分段同步调制—— 分段同步调制 异步调制和同步调制的综合应用。
fc/k z H
2.4 2.0
6-22
10、换流（换相）方式的分类。 11、单相半桥电压型逆变电路的电路图，波形，及工作原理。 12、单相全桥电压型逆变电路的电路图，波形，及工作原理。（非移相调压 方式）。 13、单相桥式电流型逆变电路的电路图，及其对负载的要求。 14、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中 没有反馈二极管？ 15、PWM控制的基本原理。 16、同步调制，异步调制 分量
uo Ud
uo u of
O -U d
ωt
图6-5 单极性PWM控制方式波形
6-12
6.2.1 计算法和调制法
3）双极性PWM控制方式（单相桥逆变） （单相桥逆变）
和单极性PWM控制方式对应，也是 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
在ur的半个周期内，三角波载波不再是单 极性，而是有正有负 有正有负，所得PWM波也有 有正有负 正有负，其幅值只有±Ud两种电平。 ± ur正负半周，对各开关器件的控制规律相 同。
6-18
6.2.2 异步调制和同步调制
2） 同步调制 ——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时 使载波与信号波保持同步，即N等于常数。
基本同步调制方式，fr变化 时N不变，信号波一周期内 输出脉冲数固定。 三相电路中公用一个三角 波载波，且取N为3的整数 倍，使三相输出对称。 为使一相的PWM波正负半 周镜对称，N应取奇数。 fr很低时，fc也很低，由调 制带来的谐波不易滤除。 fr很高时，fc会过高，使开 关器件难以承受。
6-2
6.1 PWM控制的基本思想 PWM控制的基本思想
1）重要理论基础——面积等效原理 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 冲量 环节上时，其效果基本相同 效果基本相同。 效果基本相同 冲量 效果基本相同
f (t) f (t)
窄脉冲的面积 环节的输出响应波形基本相同
f (t) f (t) δ (t)
6-7
6.2 PWM逆变电路及其控制方法 PWM逆变电路及其控制方法
6.2.1 计算法和调制法 6.2.2 异步调制和同步调制
6-8
6.2.1 计算法和调制法
1）计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期内的脉冲数，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PWM波形。 本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位 变化时，结果都要变化。
6-21
1、晶闸管的双晶体模型及其工作原理。 2、晶闸管导通与关断的条件。 3、IGBT的结构图，及其工作原理。 4、图1-38电流突变抑制电路及充放电型RCD缓冲电路的原理。 5、单相半控桥整流电路带大电感负载电路本来可以自然续流，为什么还要 加续流二极管？ 6、画出三相全控桥整流电路的主电路，并标明晶闸管编号。说明触发脉冲 的规律和顺序。 7、同步信号为锯齿波的触发电路的组成，及各部分的原理。 8、降压斩波电路的电路图，波形图，及其原理。（电流连续情况下，定性 说明其原理） 9、升压斩波电路的电路图，波形图，及其原理。（电流连续情况下，定性 说明其原理）
e (t)－电压窄脉冲， 是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是 电路的响应。
6-4
6.1 PWM控制的基本思想 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲 等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 等幅不等宽的脉冲
u
SPWM波
ωt
u
O
>
O
> ωt
u
O
ωt
>
6-5
6.1 PWM控制的基本思想 PWM控制的基本思想
另外，可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换 到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式 效果接近。
6-20
1、单相半波相控整流电路，带电阻性负载，由 220V 交 流电源直接供电。负载要求的最高平均电压为60V，相 应平均电流为20A，试选择晶闸管元件。 2、单相全控桥整流电路大电感负载，已知交流侧输入电 压有效值为U2＝220V，电感内阻为2 。分负载并接 续流二级管，画出电路图，波形图，并计算输出平均 电压，平均电流，晶闸管的电流的有效值，平均值， 二极管电流的有效值，平均值。 3、三相半波整流电路U2=220V，带阻感负载。R=5 ，L 值极大。当α=30º，45º，60º.画电路图，波形图，计算 各部分电压值，电流值。 4、三相桥式全控整流电路U2=220V，带阻感负载。 R=5 ，L值极大。当α=30º，45º，60º 。画电路图，波 形图，计算各部分电压值，电流值。
uo Ud O -U d
u of
uo
ωt
图6-6 双极性PWM控制方式波形
6-13
6.2.1 计算法和调制法
u uc ur
u ur uc
O uo uof
ωt
O
ωt
uo Ud O -Ud
uo Ud
u of
uo
ωt
O -Ud
ωt
图6-5 单极性PWM控制方式波形
图6-5 双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单 极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断 控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。
如何用一系列等幅不等宽的脉冲 等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 等幅不等宽的脉冲
u u
SPWM波
> ω t ωt
u
O O
>
O
> ωt
u
O
ωt
>
若要改变等效输出正弦 波幅值，按同一比例改 变各脉冲宽度即可。
6-6
6.2 PWM逆变电路及其控制方法 PWM逆变电路及其控制方法
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。 本节内容构成了本章的主体。 PWM逆变电路也可分为电压型 电流型 电压型和电流型 电压型 电流型两种，目前 实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。
当urU>uc时，给V1导通信号， 给V4关断信号，uUN’=Ud/2。 。 当urU<uc时，给V4导通信号， 给V1关断信号，uUN’=-Ud/2。 。 当给V1(V4)加导通信号时，可 能是V1(V4)导通，也可能是 VD1(VD4)导通。 uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形 只有±Ud/2两种电平。 ± uUV波形可由uUN’-uVN’得出， 当1和6通时，uUV=Ud，当3和4 通时，uUV=－Ud，当1和3或4 － 和6通时，uUV=0。 。
当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2 和V3关断信号。 如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和 VD4通， uo=Ud 。 当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1 和V4关断信号。 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和 VD3通，uo=-Ud 。
u ur uc
O
ωt
O
t t O t O c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数 a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 t O
6-3
6.1 PWM控制的基本思想 PWM控制的基本思想
具体的实例说明 面积等效原理” “面积等效原理 面积等效原理
a）
b) 图6-2 冲量相等的各 种窄脉冲的响应波形
69
45
33
把整个fr范围划分成若干个频段， 1.6 21 每个频段内保持N恒定，不同频 1.2 段的N不同。 0.8 在fr 高的频段采用较低的N，使 0.4 载波频率不致过高；在fr 低的频 0 10 20 30 40 50 60 70 80 段采用较高的N，使载波频率不 fr /Hz 致 过 低 。 这 样 fc 大 约 在 1.4 ～ 图6-11 分段同步调制方式举例 2.0kHz之间。 为防止fc在切换点附近来回跳动，采用滞后切换的方法。 同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现。