哈尔滨工业大学课件 电力电子技术20

哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术20.4
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
1. 调制法
可采取单极性调制(载波为单极 性），也可采用双极性调制(载 波为双极性）。 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。 u O uo Ud O -Ud 单极性PWM控制方式波形
哈尔滨工业大学远程教育
规则采样法
哈尔滨工业大学远程教育
文件: 电力电子技术20.8
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
3.计算法之特定谐波消去法 (Selected Harmonic Elimination PWM—SHEPWM) uo Ud
O a 1 -Ud
特定谐波消去法的输出PWM波形 这是计算法中一种较有代表性的方法。 例如：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。
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术20.3
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
4.5.1 PWM逆变电路的控制信号的产生方法
计算法 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，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。 调制法 在调制信号ur 和载波信号uc的交点时刻控制器件的通断，在负载上调 制出期望的信号。
ωr为信号波角频率
从右图得,
1 + a sin ω r t D 2 = δ /2 Tc / 2 Tc δ = (1 + a sin ω r t D ) 2
1 (Tc − δ ) = Tc (1 − a sin ω r t D ) 2 4
δ
2
δ
2
uo
δ'
δ
δ'
t
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度
O
δ '=
70
80
分段同步调制方式举例 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。 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。
哈尔滨工业大学远程教育
文件: 电力电子技术20.16
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
u O uUN'
Ud 2 U − d 2
urU
uc urV
urW
t
O
t
uVN' O uWN' O t t
同步调制三相PWM波形 N＝9
电力电子技术20.15
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
3) 分段同步调制—— 异步调制和同步调制的综合应用。
fc /kHz
2 .4
14 7
O
ωt
u U
u
o d
of
u
o
O
ωt
-U
d
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术20.6
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
2.计算法之规则采样法
u uc A
Tc D B ur
2)规则采样法 工程实用方法，效果接近自然采 样法，计算量小得多。 规则采样法原理 三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tcu o 。 自然采样法中，脉冲中点不和三角波(负 峰点)重合。 O 规则采样法使两者重合，使计算大为减化 。 如图所示确定A、B点，在tA和tB时刻控制 开关器件的通断。 脉冲宽度δ和用自然采样法得到的脉冲宽 度非常接近。
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术20.13
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
4. 异步调制和同步调制
载波比 载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr
根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分 为异步调制和同步调制。 1) 异步调制 载波信号和调制信号不同步的调制方式
an
4 ⎡ α1 U d = ⎢ ∫0 2 sin n ω t d ω t + π ⎣ + =
∫α
α2
1
(−
Ud sin n ω t ) d ω t 2
∫α
α3
2
π ⎤ Ud Ud 2 sin n ω t d ω t + ∫ ( − sin n ω t ) d ω t ⎥ α3 2 2 ⎦
2U d (1 − 2 cos n α 1 + 2 cos n α 2 − 2 cos n α 3 ) nπ
哈尔滨工业大学远程教育
文件: 电力电子技术20.7
O
tA
tD
tB
t
δ
2
δ
2
δ'
δ
δ'
t
规则采样法
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
规则采样法计算公式推导 正弦调制信号波 a称为调制度，0≤a<1；
uc 在（-11 ， ）间变化
Tc u uc A D B O tA tD tB t ur
u r = a sin ω r t
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术20.2
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
4.5
PWM型逆变电路的控制方法
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。 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的PWM逆变电路几 乎都是电压型电路。 本节内容： PWM逆变电路的控制信号的产生方法 PWM逆变电路输出电压的谐波分析 PWM逆变电路性能的改进 PWM逆变器控制电路的工程实现方法
同时满足式上述两式的波形称为四分之一周期对称波形，用傅里叶级 数表示为
∞
u(ω t ) =
式中，an为
an =
哈尔wenku.baidu.com工业大学远程教育
π∫
4
π
n =1, 3,5,Λ
∑a
n
sin nω t
2 0
u(ω t ) sin nω tdω t
文件:
电力电子技术20.10
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
下图，能独立控制α1、α 2和α 3共3个时刻。该波形的an为
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术20.14
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
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。
uo Ud
式中n=1,3,5,… 确定a1的值，再令两个 不同的 an=0(n=3,5…)， 就可建三个方程，求得 α1、α2和α3 。
O a 1 -Ud
a2 a3
π
2π
ωt
特定谐波消去法的输出PWM波形
哈尔滨工业大学远程教育
文件: 电力电子技术20.11
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
消去两种特定频率的谐波 在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波相互抵消。 可考虑消去5次和7次谐波，得如下联立方程：
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
本讲总结
4.5 PWM型逆变电路的控制方法 4.5.1 PWM逆变电路的控制信号的产生方法 调制方法：调制法 计算法:规则采样法, 特定谐波消去法 调制方式：异步调制,同步调制,分段同步调制
重点：PWM型逆变电路的调制方法和调制方式 难点：规则采样法的原理和计算公式
结束
哈尔滨工业大学远程教育 电力电子技术
文件:
电力电子技术20.17
a2 a3
π
2π
ωt
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术20.9
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
首先，为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜对称，即
u (ω t ) = − u (ω t + π )
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
u (ω t ) = u (π − ω t )
文件: 电力电子技术20.5
u
ur
uc
uc
ur
O
ωt
ωt
uo uof
uo Ud u of uo
ωt
O -U d
ωt
双极性PWM控制方式波形
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
2.计算法之规则采样法
u u
r
u
c
1)自然采样法： 按照SPWM控制的基本 原理，在正弦波和三 角波的自然交点时刻 控制开关器件的通断 ，这种生成PWM波的方 法，成为自然采样法 。 其求解复杂，难以在 实时控制中在线计算 ，工程应用不多。
a1 = a5 =
2U d
π
(1 − 2 cos α 1 + 2 cos α 2 − 2 cos α 3 )
2U d 5π 2U d a7 = 7π
⎫ ⎪ ⎪ ⎪ (1 − 2 cos 5α 1 + 2 cos 5α 2 − 2 cos 5α 3 ) = 0 ⎬ ⎪ ⎪ (1 − 2 cos 7α 1 + 2 cos 7α 2 − 2 cos 7α 3 ) = 0 ⎪ ⎭
给定a1，解方程可得α1、α2和α3。a1变，α1、α2和α3也相应改变。
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术20.12
电力电子技术
直流－交流变换器(3)
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幅值外，可消去k－1 个频率的特定谐波。 k的取值越大，开关时刻的计算越复杂。 除计算法和调制法外，还有跟踪控制方法，在下一讲学习。
201
99
2 .0 1 .6 1 .2 0 .8 0 .4 0
69
45
33
把整个fr范围划分成若干个频段， 每个频段内保持N恒定，不同频段 的N不同。 在fr高的频段采用较低的N，使载波 频率不致过高；在fr 低的频段采用 较高的N，使载波频率不致过低。
21
10
20
30
40 f r /H z
50
60
电力电子技术
第20讲
4 直流－交流变换器（4）
直流－交流变换器(3)
本讲是 第4章 直流－交流变换器 的第4讲，上3讲的主要内容是： 4.1 逆变电路概述 4.2 单相方波型逆变电路 4.3 三相方波型逆变电路 4.4 逆变电路输出电压及波形的控制
方波型逆变电路的缺点：输出电压是方波，谐波含量大。 采用PWM技术可有效地控制输出电压基波的幅值和频率，并减小 谐波含量。因此各种逆变电路都采用了PWM技术。 本讲继续学习PWM型逆变电路的控制方法。
通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的 在信号波的半周期内，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 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