第三章_脉宽调制控制技术

3.3 具有消除谐波功能的SPWM控 制模式的优化


所谓PWM控制模式的优化就是指可消除谐 波分量的PWM控制方式。 1．两电平SPWM逆变器

假定两电平SPWM逆变器输出电压波形具 有基波四分之一周期对称关系，显然，如 将该SPWM脉冲电压序列展成傅氏级数， 则仅含奇次谐波分量。负载电压uL可表示 各次谐波电压之和，即
3.2.2 SPWM的控制模式及其实现



实现SPWM的控制方式有三类，一是采用模 拟电路，二是采用数字电路，三是采用模拟 与数字电路相结合的控制方式。 采用模拟电路元件实现SPWM控制的原理,首 先由模拟元件构成的三角波和正弦波发生器 分别产生三角载波信号uΔ和正弦波参考信号uR， 然后送入电压比较器，产生SPWM脉冲序列。 采用数字电路的SPWM逆变器，可采用以软 件为基础的控制模式。

（1）消除5次和7次谐波
4U d U 5 5 1 2 cos 51 2 cos 5 2 0 U 4U d 1 2 cos 7 2 cos 7 0 1 2 7 7

求得的值为α1=16．247°，α2=22．068°

uL U v sin vt
v 1

4U Uv d v
N k 1 2 1 cos v K k 1
图3-9 两电平SPWM逆变器的输出电压波形

理论上讲，欲想消除第v次谐波分量，只 要令式（3-3）中的Uv=0，从而解出相应 的αK值即可。然而，由式（3-3）可看出， 未知数αK的个数有N个，需要有N个方程 联立求解。为此可同时令N个谐波次数的 电压为0，通过优化值αK消除N个谐波分 量。

3. 分段同步调制 在一定频率范围内，采用同步调制，保持 输出波形对称的优点。当频率降低较多时， 使载波比分段有级的增加，又采纳了异步 调制的长处。这就是分段同步调制方式。 具体的说，把逆变器整个变频范围分成若 干频段，在每个频段内斗维持载波比N的 恒定，对不同的频段取不同的N值，频率 低时N取大一些，一般按等级比数安排。
第三章 脉宽调制控制技术
3.1.1 PWM型变频器的基本控制方式


“△”波调制法的电路原理如图3-1a所示， 在电压比较器A的两输入端分别输入正弦 波参考电压uR 和三角波电压u△ ，在A的输 出端便得到PWM调制电压脉冲。 PWM脉冲宽度的确定可由图3-1b看出。uR 与u△的交点之间的距离随参考电压uR的大 小而变，而该交点之间的距离决定了电压 比较器输出电压脉冲的宽度，因而可得到 幅值相等而脉冲宽度不等的PWM电压信号uP。


微机控制的SPWM控制模式有多种，常用 的有以下两种： 1. 自然取样法 :用计算的办法寻找三角 载波uΔ 与参考正弦波 uR 的交点从而确定 SPWM脉冲宽度的。

2．对称规则取样法 通过两个三角波峰之 间中线与uR的交点M作 水平与两个三角波分 别交于A和B点。由交 点A和B确定SPWM脉宽 为t2，
（2）消除5、7、11和13次谐波
1 2 cos 51 2 cos 5 2 2 cos 5 3 2 cos 5 4 0 1 2 cos 7 2 cos 7 2 cos 7 2 cos 7 0 1 2 3 4 1 2 cos111 2 cos11 2 2 cos11 3 2 cos11 4 0 1 2 cos131 2 cos13 2 2 cos13 3 2 cos13 4 0

滞环电流跟踪型SPWM逆变器的单相结构 示意图如图3-13所示。
ir为给定参考电流，是电流跟踪目标，当
实际负载电流反馈值if与ir之差达到滞环上 限值Δ时，即if-ir≥Δ，使VT2导通，VT1 截止，负载电压为-E，负载电流if下降。 当if与ir之差达到滞环下限值Δ时，即ifir≤-Δ，使VT1导通，VT2截止，负载电 压为+E，负载电流if上升。这样通过VT1， VT2的交替通断，使︱if-ir︱≤Δ，实现if 对ir的自动跟踪。如ir为正弦电流，则if也 近似为一正弦电流。
图3-1 “△”调制法原理

从三角波电压与参考电压的频率来看 ， PWM控制方式可分为同步式、异步式和分 段同步式。
3.1.2 简单的PWM型变频器工作原理
3.1.3 单极性正弦波PWM调制原理
3.1.4 双极性正弦波PWM调制原理
3.2 PWM的控制模式及实现



3.2.1 SPWM逆变器的同步调制和异步调制 1. 同步调制 在同步调制方式中，N=常数，变频时三角载 波的频率与正弦调制波的频率同步变化，因 而逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数是固 定不变的。 2. 异步调制 异步调制中，在逆变器的整个变频范围内， 载波比N是不等于常数的。
图3-14 电压SPWM波形的产生
3.4.2 开关频率恒定的电流跟踪型 PWM控制技术


改变滞宽使fT恒定，可以采用不同的控制 方式。 （1）随着dir/dt变化调整滞环宽度Δ使fT不 变。

图3-15使用dir/dt改变滞宽保持fT恒定的原理电路图

（2）在电流闭环中增设频率闭环使fT不变。
图3-16 使用频率闭环使fT恒定的原理电路图
3.5 PWM脉冲的生成方法

3.5.1 模拟电路控制方式 分段同步控制三角载波产生电路原理如图 示3-17所示
图3-17
分段同步控制三角载波的产生
3.5.2 数字电路控制方式

采用数字控制方式时，调速系统数学模型 的求解，各闭环控制调节器以及PWM控制 信号的产生等功能全部由单片机或微处理 器完成。

解上述四个超越联立方程比较困难，一般需 采用数值法求解值法求解，首先假定α1、 α2、α3、α4值，代入上述方程，如不满足对 α1～α4进行修正，通过迭代逐渐逼近真值。

2．三电平SPWM逆变器 其输出如图
4U d Uv v
1
k 1
N
来自百度文库k 1
cos v k
3.4 电流跟踪型PWM逆变器的控制技术