湖南大学现代电力电子技术第5章

n次谐波含有率（HR: harmonic ratio）
HRU n
Vn V1
100 %
HRI n
In I1
100 %
总谐波畸变率（THD: total Harmonic distortion）
M
M
Vn2
I
2 n
THDV
n2
V1
100%
THDI
n2
I1
100%
➢ 电压THD通常是一个有意义的数据，但对电流来说，较小幅值的谐波电
➢ 等效成其他所需波形，如:
20V
0V -20V
0s
5ms
10ms
15ms
20ms
25ms
30ms
所需波形 等效的PWM波
5.1 PW畸变的周期性电压和电流的傅立叶级数
M
v(t) 2Vn sin(nw1t n ) n1
M
i(t) 2I n sin(nw1t n ) n1
5.1 PWM技术概述
重要理论基础——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
窄脉冲的面积
效果基本相同
环节的输出响应波形基本相同
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
d (t)
O
tO
tO
tO
t
a)矩形脉冲
b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数
其中 w1: 基波角频率 n : 谐波次数 M : 所考虑谐波最高次数
Vn, In : 第n次谐波电压和电流的均方根值
an, bn : 第n次谐波电压和电流的初相角
均方根值
V
1 T v2 (t)dt T0
M
V12 Vn2
n2
I
1 T i2 (t)dt T0
M
I12
I
2 n
n2
5.1 PWM技术概述
在 ur 和 uc 交点时刻
控 制 IGBT
—单相桥逆变
的通断
➢ ur正半周，V1保持通，V2保持断 ——当ur>uc时，使V4通，V3断，uo=Ud ；
u
uc ur
——当ur<uc时，使V4断，V3通，uo=0 。
➢ ur负半周，V1保持断，V2保持通
O
wt
——当ur>uc时，使V4通，V3断，uo=0； ——当ur<uc时，使V4断，V3通，uo=-Ud。 uo
-Ud
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
双极性调制和单极性调制的比较
u uc ur
u
ur uc
O
O
wt
wt
uo
uo
Ud
uof
uo
u of
uo
Ud
O
O
wt
wt
-Ud
-Ud
对照两图可见，单极性调制和双极性调制都适用于单相桥式电路。由于 对开关器件通断控制的规律不同，两种调制方式存在差异：1、输出波形有 较大的差别；2、一个正弦周期的开关损耗不同；3、产生IGBT驱动信号的难 易程度不同。
—对于正弦波的负 Ud
半周，采取同样
的方法，得到 O
wt
PWM波形。
-U d
➢ 双极性SPWM
—根据面积等效原理， 正弦波还可等效为 U d
右图中的PWM波，
而且这种方式在实 O
wt
际应用中更为广泛。
- Ud
5.1 PWM技术概述
PWM波可等效的各种波形
➢ 直流斩波电路
直流波形
➢ SPWM波
正弦波形
流可能导致较大的THD 值，而此时电力系统受到的威胁并不大。
总谐波畸变因数与基波和均方根的关系
THDV
V V1
2
1
V V1 1 THDV2
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
一、SPWM生成的基本思想
目前所采用的一种
u
基于等效原理的易
实现的方法:就是使
逆变器的输出波形
为一系列与正弦波
0
等效的等幅不等宽 的矩形脉冲波形.
u
wt
等效的原则:每一等
分区间内正弦波的
面积与矩形波的面
积相等,具体等效方
O
法如右图示.
wt
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SPWM波形。
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
二、三角波SPWM的调制方法
单极性SPWM
wt
——io>0时，V1和V4工作，uo=Ud ；
——io<0时，VD1和VD4工作，uo=Ud 。 u o ➢ 当ur >uc时，V2和V3导通，V1和V4关断 U d
u of
uo
——io<0时，V2和V3工作，uo=-Ud ；
O
——io>0 时 ，VD2 和 VD3 工作 ， uo=-Ud 。
wt
现代电力电子技术
湖南大学 电气与信息工程学院
第5章 脉冲宽度调制(PWM)技术
5.1 PWM技术概述 5.2 正弦PWM技术 5.3 空间矢量调制技术 5.4 电流跟踪控制技术 5.5 电流型逆变器PWM技术
5.1 PWM技术概述
一、PWM技术原理
PWM 技术：脉宽调制技术(Pulse Width Modulation) ，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得 所需要的波形（含形状和幅值)。
5.1 PWM技术概述
➢PWM调制思想
u
固定幅值，使
波形调制方案更
具可实现性
O
ω>t
u
SPWM波 u
O
ω>t
O
ω> t
5.1 PWM技术概述
PWM的调制原理
u
O
ω>t
u
SPWM波 u
O
ω>t
O
按同一比例改变 各脉冲宽度 在脉冲周期不变 的条件下， 改变脉冲个数
ω> t
5.1 PWM技术概述
➢ 单极性SPWM
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
三相SPWM的调制方法
➢ 三相的PWM 控制公用三角 波载波uc
➢ 三相的调制信 号urU、urV和 urW依次相差 120°
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
相电压分析：
➢ urU>uc 时 ， V1 通 ， V4 断 ，
u
uUN’=Ud/2；
Ud
uo uof
O
wt
表示uo的基波分量 -Ud
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
双极性SPWM —单相桥逆变
特点：
在ur的半个周期内，三角波载 波有正有负，所得PWM波也有正 有负，其幅值只有±Ud两种电 平。
在ur和uc的 交点时刻 控 制 IGBT 的通断
u
ur uc
➢ 当ur >uc时，V1和V4导通，V2和V3关断 O
➢ PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控 制变得十分容易。
➢ PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此 它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。
➢ PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电 力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技 术，因此，本章能使我们对逆变电路有完整地认识。