逆变器输出波形的PWM控制
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❖ k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
❖ （2）阶梯波和多重化连接 ❖ 低频开关工作，适用于很大功率输出 ❖ 缺点：体积重量较大
调制法
❖ 输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波； ❖ 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波； ❖ 等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度 ❖ 成线性关系且左右对称。 ❖ 与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制 ❖ 器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲， ❖ 符合PWM的要求； ❖ 调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波； ❖ 调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也 ❖ 能得到等效的PWM波。
❖ 单极性PWM控制方式： ❖ ur负半周，V1保持断，V2保持通 ❖ 当ur<uc时使V3通，V4断，uo=-Ud ❖ 当ur>uc时使V3断，V4通，uo=0 ❖ 虚线uof表示uo的基波分量
❖ 双极性PWM控制方式（单相桥逆变） ❖ 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 ❖ 在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平和载波信号uc的交点控制器件的
逆变器输出波形 的PWM控制
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 应用： ❖ 逆变电源：要求输出正弦波，输出电压不随
输入电压和负载变化 ❖ 交流调速：保持U/f比值为常数 ❖ 方法： ❖ 调制法 ❖ 计算法
PWM控制的基本原理
❖ PWM（Pulse Width Modulation）控制脉冲 宽度调制技术，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）
❖ 如io>0，VD2 和VD3 通， uo=-Ud
❖ 单相桥式电路既可采取单极 性调制，也可采用双极性调 制
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 1.单脉宽调制 ❖ 优点：开关损耗小 ❖ 缺点：THD较大 ❖ 2。多脉宽调制（均匀多脉冲宽度调制） ❖ 3。正弦脉冲宽度调制（SPWM） ❖ 多脉冲宽度随正弦波幅值改变。THD小 ❖ 4。改进型正弦脉宽调制 ❖ 仅正弦波过零点附近60度加入载波 ❖ 5。谐波消除技术： ❖ （1）固定开关角（2）阶梯波（3）多重化连接
❖ 调制法得到PWM波有两种方法： ❖ 单极性调制
单极性和双极性。两者区别在于 三角载波的不同
❖ 双极性调制
❖ 单极性PWM控制方式： ❖ 在u r和uc的交点时刻控制IGBT的通断 ❖ u r 正半周，V1保持通，V2保持断 ❖ 当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud ❖ 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0
❖ Ur1:参考（调制）门信号频 率fo
❖ 高频载波频率为fc ❖ 半周期脉冲数为p=fc/(2fo) ❖ P越大，低次谐波降低，失
真度减小。
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 3。正弦脉冲宽度调制 ❖ （SPWM） ❖ 多脉冲宽度随正弦波幅值改变。 ❖ THD大大减小 ❖ 幅值为Ar的参考正弦波与幅值为
通断仍在调制信号ur ❖ u r正负半周，对各开关器件的控制规律相同 ❖ 当u r >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u r<uc 时，给V2和V3 导 通
❖ 信号，给V1Βιβλιοθήκη BaiduV4关断信号
❖ 如i o<0，V2和V3 通，
❖ 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
❖ 同时满足上面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
❖ 1、α 2和α 3共3个时刻。该波形的 ❖ 能独立控制αan为
确定a1 的值，再令两个不同的an=0，就可 建三个方程，求得 α1、α2和α3
PWM控制的基本原理
❖ 采样控制理论基础 ❖ 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； ❖ 将输出波形进行付氏分解，低频段非常接近，仅在 ❖ 高频段略有差异。 ❖ 典型惯性环节就是电感负载。
Ac ❖ 频率为fc的三角波比较 ❖ Fo=fr ❖ 最低次谐波为2p-1, ❖ P=5时，最低次谐波为9次
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 4。改进型正弦脉宽调制 ❖ 仅正弦波过零点附近60度加入载波 ❖ 优点：增加基波分量，并保持原谐波含量，
同时减小了开关损耗
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 5。谐波消除技术： ❖ （1）固定开关角（2）阶梯波（3）多重化
❖ 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：
❖ 给定a1 ，解方程可得α1 、α2 和α3 。a1 变，α1 、α2 和α3 也相应改变
❖ 一般，在输出电压半周期内器件通、断各k次， 考虑PWM波四分之一周期对称，k个开关时 刻可控，除用一个控制基波幅值，可消去k－ 1个频率的特定谐波
形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
❖ 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦 ❖ 半波 ❖ 正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲 ❖ 序列，宽度相等，但幅值不等； ❖ 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等； ❖ 宽度按正弦规律变化。 ❖ SPWM波形棗脉冲宽度按 ❖ 正弦规律变化而和正弦波等 ❖ 效的PWM波形 ❖ 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
连接
❖ Harmo-nicElimination ❖ （1）特定谐波消去(SelectedPWMHEPWM) ❖ 这是计算法中一种较有代表性的方法， ❖ 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
❖ 首先，为消除偶次谐波，使波形正负 两半周期镜对称，即
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 1.单脉宽调制：在半周期内 仅有一个脉冲，改变脉
❖ 冲宽度来调压 ❖ 参考信号Ar, ❖ 幅值为Ac频率为fc的三角载
波信号 ❖ 输出基波频率fo：fc/2 ❖ 改变调制度M=Ar/Ac调压 ❖ 优点：开关损耗小 ❖ 缺点：THD较大
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 2。多脉宽调制（均匀多脉 冲宽度调制）
❖ 除计算法和调制法外，还有跟踪控制方法
❖ （2）阶梯波和多重化连接 ❖ 低频开关工作，适用于很大功率输出 ❖ 缺点：体积重量较大
调制法
❖ 输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波； ❖ 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波； ❖ 等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度 ❖ 成线性关系且左右对称。 ❖ 与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制 ❖ 器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲， ❖ 符合PWM的要求； ❖ 调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波； ❖ 调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也 ❖ 能得到等效的PWM波。
❖ 单极性PWM控制方式： ❖ ur负半周，V1保持断，V2保持通 ❖ 当ur<uc时使V3通，V4断，uo=-Ud ❖ 当ur>uc时使V3断，V4通，uo=0 ❖ 虚线uof表示uo的基波分量
❖ 双极性PWM控制方式（单相桥逆变） ❖ 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 ❖ 在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平和载波信号uc的交点控制器件的
逆变器输出波形 的PWM控制
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 应用： ❖ 逆变电源：要求输出正弦波，输出电压不随
输入电压和负载变化 ❖ 交流调速：保持U/f比值为常数 ❖ 方法： ❖ 调制法 ❖ 计算法
PWM控制的基本原理
❖ PWM（Pulse Width Modulation）控制脉冲 宽度调制技术，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）
❖ 如io>0，VD2 和VD3 通， uo=-Ud
❖ 单相桥式电路既可采取单极 性调制，也可采用双极性调 制
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 1.单脉宽调制 ❖ 优点：开关损耗小 ❖ 缺点：THD较大 ❖ 2。多脉宽调制（均匀多脉冲宽度调制） ❖ 3。正弦脉冲宽度调制（SPWM） ❖ 多脉冲宽度随正弦波幅值改变。THD小 ❖ 4。改进型正弦脉宽调制 ❖ 仅正弦波过零点附近60度加入载波 ❖ 5。谐波消除技术： ❖ （1）固定开关角（2）阶梯波（3）多重化连接
❖ 调制法得到PWM波有两种方法： ❖ 单极性调制
单极性和双极性。两者区别在于 三角载波的不同
❖ 双极性调制
❖ 单极性PWM控制方式： ❖ 在u r和uc的交点时刻控制IGBT的通断 ❖ u r 正半周，V1保持通，V2保持断 ❖ 当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud ❖ 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0
❖ Ur1:参考（调制）门信号频 率fo
❖ 高频载波频率为fc ❖ 半周期脉冲数为p=fc/(2fo) ❖ P越大，低次谐波降低，失
真度减小。
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 3。正弦脉冲宽度调制 ❖ （SPWM） ❖ 多脉冲宽度随正弦波幅值改变。 ❖ THD大大减小 ❖ 幅值为Ar的参考正弦波与幅值为
通断仍在调制信号ur ❖ u r正负半周，对各开关器件的控制规律相同 ❖ 当u r >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u r<uc 时，给V2和V3 导 通
❖ 信号，给V1Βιβλιοθήκη BaiduV4关断信号
❖ 如i o<0，V2和V3 通，
❖ 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
❖ 同时满足上面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
❖ 1、α 2和α 3共3个时刻。该波形的 ❖ 能独立控制αan为
确定a1 的值，再令两个不同的an=0，就可 建三个方程，求得 α1、α2和α3
PWM控制的基本原理
❖ 采样控制理论基础 ❖ 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； ❖ 将输出波形进行付氏分解，低频段非常接近，仅在 ❖ 高频段略有差异。 ❖ 典型惯性环节就是电感负载。
Ac ❖ 频率为fc的三角波比较 ❖ Fo=fr ❖ 最低次谐波为2p-1, ❖ P=5时，最低次谐波为9次
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 4。改进型正弦脉宽调制 ❖ 仅正弦波过零点附近60度加入载波 ❖ 优点：增加基波分量，并保持原谐波含量，
同时减小了开关损耗
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 5。谐波消除技术： ❖ （1）固定开关角（2）阶梯波（3）多重化
❖ 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：
❖ 给定a1 ，解方程可得α1 、α2 和α3 。a1 变，α1 、α2 和α3 也相应改变
❖ 一般，在输出电压半周期内器件通、断各k次， 考虑PWM波四分之一周期对称，k个开关时 刻可控，除用一个控制基波幅值，可消去k－ 1个频率的特定谐波
形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
❖ 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦 ❖ 半波 ❖ 正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲 ❖ 序列，宽度相等，但幅值不等； ❖ 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等； ❖ 宽度按正弦规律变化。 ❖ SPWM波形棗脉冲宽度按 ❖ 正弦规律变化而和正弦波等 ❖ 效的PWM波形 ❖ 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
连接
❖ Harmo-nicElimination ❖ （1）特定谐波消去(SelectedPWMHEPWM) ❖ 这是计算法中一种较有代表性的方法， ❖ 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
❖ 首先，为消除偶次谐波，使波形正负 两半周期镜对称，即
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 1.单脉宽调制：在半周期内 仅有一个脉冲，改变脉
❖ 冲宽度来调压 ❖ 参考信号Ar, ❖ 幅值为Ac频率为fc的三角载
波信号 ❖ 输出基波频率fo：fc/2 ❖ 改变调制度M=Ar/Ac调压 ❖ 优点：开关损耗小 ❖ 缺点：THD较大
逆变器输出波形的PWM控制
❖ 2。多脉宽调制（均匀多脉 冲宽度调制）