SPWM控制技术ppt课件
合集下载
正弦脉宽调制SPWM及其控制方法
正弦脉宽调制spwm及其控制方法
$number {01}
目 录
• SPWM简介 • SPWM原理 • SPWM控制策略 • SPWM实现方法 • SPWM性能分析 • SPWM发展趋势与展望
01
SPWM简介
SPWM的基本概念
脉宽调制（PWM）
通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的幅度，以实现对模拟信号的数字化 处理。
06
SPWM发展趋势与展望
SPWM在新能源领域的应用
要点一
太阳能逆变器
要点二
风力发电系统
利用SPWM技术实现太阳能电池板的高效逆变，提高能源 转换效率。
通过SPWM控制技术，优化风力发电机的并网性能和输出 功率稳定性。
SPWM在智能电网中的应用
智能配电网
智能微电网
利用SPWM技术实现分布式能源与电网的 协调优化控制，提高电网的可靠性和稳定性。
规则采样法
总结词
规则采样法是一种简单有效的PWM控制方法，通过在每个采 样周期内规则地选择开关状态来实现正弦波的逼近。
详细描述
规则采样法根据正弦波的幅值和相位信息，在每个采样周期 内按照一定的规则选择开关状态（开或关），从而控制输出 电压的幅度和频率。这种方法实现简单，但精度相对较低。
优化PWM（OPWM）
05
SPWM性能分析
谐波分析
谐波含量
SPWM产生的脉冲信号中包含多种谐 波成分，这些谐波成分会对电网造成 污染，影响其他设备的正常工作。
谐波抑制
通过优化SPWM的控制参数，可以降 低谐波含量，提高输出信号的纯净度。
效率分析
转换效率
SPWM的转换效率取决于调制波的占空比和载波比，通过合理设置这些参数，可以提 高转换效率。
$number {01}
目 录
• SPWM简介 • SPWM原理 • SPWM控制策略 • SPWM实现方法 • SPWM性能分析 • SPWM发展趋势与展望
01
SPWM简介
SPWM的基本概念
脉宽调制（PWM）
通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的幅度，以实现对模拟信号的数字化 处理。
06
SPWM发展趋势与展望
SPWM在新能源领域的应用
要点一
太阳能逆变器
要点二
风力发电系统
利用SPWM技术实现太阳能电池板的高效逆变，提高能源 转换效率。
通过SPWM控制技术，优化风力发电机的并网性能和输出 功率稳定性。
SPWM在智能电网中的应用
智能配电网
智能微电网
利用SPWM技术实现分布式能源与电网的 协调优化控制，提高电网的可靠性和稳定性。
规则采样法
总结词
规则采样法是一种简单有效的PWM控制方法，通过在每个采 样周期内规则地选择开关状态来实现正弦波的逼近。
详细描述
规则采样法根据正弦波的幅值和相位信息，在每个采样周期 内按照一定的规则选择开关状态（开或关），从而控制输出 电压的幅度和频率。这种方法实现简单，但精度相对较低。
优化PWM（OPWM）
05
SPWM性能分析
谐波分析
谐波含量
SPWM产生的脉冲信号中包含多种谐 波成分，这些谐波成分会对电网造成 污染，影响其他设备的正常工作。
谐波抑制
通过优化SPWM的控制参数，可以降 低谐波含量，提高输出信号的纯净度。
效率分析
转换效率
SPWM的转换效率取决于调制波的占空比和载波比，通过合理设置这些参数，可以提 高转换效率。
正弦脉宽调制SPWM及其控制方法共29页PPT
Thank you
正弦脉宽调制SPWM及其控制方法
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
正弦脉宽调制SPWM及其控制方法
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
5.SPWM
D A
tA
B
tB
t
t1
t2
TC
t3
t
规则采样法(2) 规则采样法(2)
• 在三角载波每一 周期的负峰值找 到正弦调制波上 的对应点. 的对应点. • 采样水平线与三 角载波的交点位 于正弦调制波两 侧,脉宽生成误 差(与自然采样 法比)明显减小 明显减小, 法比 明显减小, 所得SPWM波形更 所得SPWM波形更 SPWM 准确. 准确.
（1）单极性 ）单极性PWM控制方式 控制方式
ut ur U tm U rm
0
ut
ur
ut ur U tm U rm
ur
ut
• 单相桥式 单相桥式PWM逆变电路 逆变电路
π
Ud
VT V1 1
uA +U d
θ1 ∆θ
θ2
（a）
π
2π
uA
π
2π
ωt
+
Ud 2
信号波 αα 调制 1 2 u α3 c 电路 载波 ur
Ud
VT1
VT4
三单相桥式PWM逆变器 逆变器 三单相桥式
0
0
A VT1′
ωt
2π
VD1 R uo VD2 L
ωt
VD3
VT V3 3
+ c） V2 VT2
V4 VT4 VD4
0
π
2π
ωt
单相桥式PWM逆变电路 逆变电路 单相桥式
d）
VT3 VT6′ VT5
VT2′
B
C
VT6
VT3′
VT2
VT5′
单相单极性SPWM逆变电路 逆变电路 单相单极性
uof
《变频器与伺服驱动技术应用》PPT课件：认识SPWM调制技术及SPWM逆变器
（1）晶闸管（SCR） 属于半控型电力电子器件，在晶闸管的阳极和阴极间加正 向电压，同时在它的门极和阴极间也加正向电压形成触发电流， 使晶闸管导通，一旦导通，门极即失去控制作用。特点是耐压 高，电流大，抗冲击能力强。 （2） 门极可关断晶闸管（GTO） 属于全控型器件，开通和关闭都可以由脉冲实现。无须强 迫换相装置，损耗小，装置效率高，易于实现PWM控制。
载波频率高的结果是电流的谐波成分减小，电流波形十分接 近正弦波，故电磁噪声减小，而电动机的转矩增大。
（3）控制功耗减小
IGBT的驱动电路取用电流极小，几乎不损耗功率。
（4）瞬间停电可以不停机
这是因为IGBT的栅极电流极小，停电后，栅极控制电压衰减 较慢，IGBT不会立即进入放大状态。
职业教育机电一体化专业教学资源库
然后再用手指同时触及一下栅极(G)和发射极(E)， 这时IGBT 被阻断，万用表的指针回零。此时即可判断 IGBT 是好的。
职业教育机电一体化专业教学资源库
2.6 逆变电路
以IGBT为逆变器件的逆变电路。其主要特点如下：
（1）载波频率高
大多数变频器的载波频率可在3～15kHz的范围内任意可调。
（2）电流波形大为改善
绝缘栅双极型晶体管IGBT
职业教育机电一体化专业教学资源库
（5）智能功率模块 IPM
IPM（Intelligent Power Module），即智能功率模块，不仅把功 率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内部集成有过电压，过电流 和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的 管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故 或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率 开关元件，内部集成电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM以其高可 靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和 各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家 电的一种非常理想的电力电子器件。
载波频率高的结果是电流的谐波成分减小，电流波形十分接 近正弦波，故电磁噪声减小，而电动机的转矩增大。
（3）控制功耗减小
IGBT的驱动电路取用电流极小，几乎不损耗功率。
（4）瞬间停电可以不停机
这是因为IGBT的栅极电流极小，停电后，栅极控制电压衰减 较慢，IGBT不会立即进入放大状态。
职业教育机电一体化专业教学资源库
然后再用手指同时触及一下栅极(G)和发射极(E)， 这时IGBT 被阻断，万用表的指针回零。此时即可判断 IGBT 是好的。
职业教育机电一体化专业教学资源库
2.6 逆变电路
以IGBT为逆变器件的逆变电路。其主要特点如下：
（1）载波频率高
大多数变频器的载波频率可在3～15kHz的范围内任意可调。
（2）电流波形大为改善
绝缘栅双极型晶体管IGBT
职业教育机电一体化专业教学资源库
（5）智能功率模块 IPM
IPM（Intelligent Power Module），即智能功率模块，不仅把功 率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内部集成有过电压，过电流 和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的 管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故 或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率 开关元件，内部集成电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM以其高可 靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和 各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家 电的一种非常理想的电力电子器件。
逆变电路spwm调制PPT课件
图7.25 电流滞环跟踪控制的逆变电路
第33页/共49页
跟踪控制技术
• 2) 采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点 • ① 硬件电路简单，属于闭环控制。 • ② 系统具有较高的稳定性。 • ③ 具有快速的瞬态响应。 • ④ 电流型半桥电路容易产生失控。电流脉宽不等固然可以维持电感端压的伏秒值平衡，但却会导致电容电
第24页/共49页
控制的基本原理
1. PWM的基本原理
• 在采样控制理论中的一个重要的 结论，就是当在一个惯性环节的 输入端施加面积相同但形状不同 的脉冲信号时，该环节的输出响 应中，低频段特性非常接近，仅 在高频段略有差异。而且输入信 号的脉冲越窄，输出响应的差别 越小。
• 图7.18(b)所示的等幅脉冲列就称 为脉冲宽度调制(PWM)波形，可 以看出该波形中各个脉冲的幅值 相等，而宽度是按正弦规律变化 的，根据面积等效原理，PWM
是换流方式中最简单的一种。适用于各种由全控型器件构成的电 力电子电路。
图7.3 电流强迫换流原理图
第4页/共49页
器件换流方式
• 1. 电网换流(Line Commutation) • 利用电网提供换流电压进行换流称为电网换流。 • 2. 负载换流(Load Commutation) • 利用负载自身提供换流电压的换流方式称为负载换流。 • 3. 强迫换流(Forced Commutation) • 强迫换流是采用专门的换流电路，给欲关断的晶闸管强制施加反向电压或反向电流的换流方式。
• 2) 载波比K
M U rm U cm
K fc fr
第30页/共49页
逆变电路的控制方式
4. PWM的异步调制和同步调制 • 1) 异步调制 • 在频率改变过程中，载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。 • 2) 同步调制 • 在变频时使载波和调制信号波始终保持同步，并保持载波比K等于常数的调制方式称为同步调制。 • 3) 分段同步调制 • 为有效克服上述同步、异步调制存在的缺点，将异步和同步两种调制方法结合起来，使在整个频率范围内
第33页/共49页
跟踪控制技术
• 2) 采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点 • ① 硬件电路简单，属于闭环控制。 • ② 系统具有较高的稳定性。 • ③ 具有快速的瞬态响应。 • ④ 电流型半桥电路容易产生失控。电流脉宽不等固然可以维持电感端压的伏秒值平衡，但却会导致电容电
第24页/共49页
控制的基本原理
1. PWM的基本原理
• 在采样控制理论中的一个重要的 结论，就是当在一个惯性环节的 输入端施加面积相同但形状不同 的脉冲信号时，该环节的输出响 应中，低频段特性非常接近，仅 在高频段略有差异。而且输入信 号的脉冲越窄，输出响应的差别 越小。
• 图7.18(b)所示的等幅脉冲列就称 为脉冲宽度调制(PWM)波形，可 以看出该波形中各个脉冲的幅值 相等，而宽度是按正弦规律变化 的，根据面积等效原理，PWM
是换流方式中最简单的一种。适用于各种由全控型器件构成的电 力电子电路。
图7.3 电流强迫换流原理图
第4页/共49页
器件换流方式
• 1. 电网换流(Line Commutation) • 利用电网提供换流电压进行换流称为电网换流。 • 2. 负载换流(Load Commutation) • 利用负载自身提供换流电压的换流方式称为负载换流。 • 3. 强迫换流(Forced Commutation) • 强迫换流是采用专门的换流电路，给欲关断的晶闸管强制施加反向电压或反向电流的换流方式。
• 2) 载波比K
M U rm U cm
K fc fr
第30页/共49页
逆变电路的控制方式
4. PWM的异步调制和同步调制 • 1) 异步调制 • 在频率改变过程中，载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。 • 2) 同步调制 • 在变频时使载波和调制信号波始终保持同步，并保持载波比K等于常数的调制方式称为同步调制。 • 3) 分段同步调制 • 为有效克服上述同步、异步调制存在的缺点，将异步和同步两种调制方法结合起来，使在整个频率范围内
SVPWM原理 超易懂讲解PPT
上桥臂开关 VT1、VT3、VT5 全部导通
下桥臂开关 VT2、VT4、VT6 全部导通
(3) 六拍阶梯波电压与正六边形空间旋转磁场
序号 1 2 2 4 5 6 7 8 VT6 VT1 VT2
开 关 状 态
开关代码 100 110 010 011 001 101 111 000
VT1 VT2 VT3 VT2 VT3 VT4 VT3 VT4 VT5 VT4 VT5 VT6 VT5 VT6 VT1 VT1 VT3 VT5 VT2 VT4 VT6
B -uCO’ uBO’ uAO’ A u2
C
(3) 六拍阶梯波电压与正六边形空间旋转磁场
随着逆变器工作状态的切换，电压空间矢量的幅值不变， 而相位每次旋转 /3 . 6 个电压空间矢量共转过 2 弧度， 形成一个封闭的正六边形 u4 u3
u5
u7 u8
u2
u6
u1
(3) 六拍阶梯波电压与正六边形空间旋转磁场
可根据各段磁链增量的相位求出所需的作用时 间 t1和 t2 。在上图中，可以看出
t1 t2 us u1 u2 us cos jus sin T0 T0
(10)
（4）电压空间矢量的线性组合与控制
根据用相电压表示合成电压空间矢量的定义， 把相电压的时间函数和空间相位分开写，得
us uA0 (t ) uB0 (t )e uC0 (t )e
(1) 空间矢量的定义
经计算可得
us uA0 uB0 uC0 U m e j1t
当电源频率不变时，合成空间矢量 us 以电源 角频率1 为电气角速度作恒速旋转。当某一相 电压为最大值时，合成电压矢量 us 就落在该相 的轴线上。 与定子电压空间矢量相仿，可以定义定子电流和 磁链的空间矢量 Is 和Ψs 。
电力电子spwm-调制PPT课件
当调制频率 f r 固定时，一个调制波正负半个周期中的脉冲数
不固定，起始和终止脉冲的相位角也不固定。换言之，一个调制
波正负半个周期以及每个半个周期中前后1/4周期的脉冲波形不
具有对称性。
u
uc
ur
u
uc
ur
不同调制波频率
o
o ωt
ωt
时的异步调制
SPWM波形 up
up
o
ωt
o
ωt
a)
2021
b)
10
认为在一个载波周期 T c 内，V r 的数值大小不变。如下图所示，在一个在载波周期Tc
内，在Vr Vc 的 T k 期间，T1与T4导通，Vab VD 。在其余的 (Tc -Tk ) 期间，Vr Vc
,T3与T2导通,VabVD 由图中的几何关系可以得到T1、T4同时处于导通的占空比为
D T k A B B F V cm v r 1 ( 1 V r) T c AE EH 2 V cm 2 V cm
演讲人：王宁
2021
0
➢主要内容
一、SPWM工作原理
二、单极性SPWM工作原理 三、双极性SPWM工作原理
2021
1
一、SPWM工作原理
SPWM（Sinusoide Pulse Width Modulation）即正弦波
脉冲宽度调制，它是脉冲宽度按正弦函数变化的
PWM调试。
在采样控制理论中有一个重要的结论—冲量等
ωt
up o
a)
up
ωt o b)
2021
ωt
6
当载波比N为奇数时，由于SPWM波形的对称性，无论fr高 低，都不会导致基波相位的跳动。
SPWM控制技术原理.pptx
通用变频器的基本原理
1交-直-交变频 器的基本工作 原理
2变频器的分 类
3通用变频器的面板结构
ELEMENT ONE
A
B
ABC
C ELEMENT THREE
ELEMENT TWO
4通用变频器的接 线端子
1.1.2 SPWM控制技术原理 我们期望通用变频器的输出
电压波形是纯粹的正弦波形，
u
但就目前技术而言，还不能
δ 1
δ 2
δ
t
制造功率大、体积小、输出
波形如同正弦波发生器那样
Umsinωt 标准的可变频变压的逆变器。 目前技术很容易实现的一种
方法是：逆变器的输出波形
θθ
θ
ωt
是一系列等幅不等宽的矩形
1
2
t
脉冲波形，这些波型与正弦
图1.1.10 单极式SPWM电压波形
波等效，如图1.1.10所示。
1交-直-交变频 器的基本工作 原理
2变频器的分 类
3通用变频器的面板结构
ELEMENT ONE
A
B
ABC
C ELEMENT THREE
ELEMENT TWO
4通用变频器的接 线端子
1.1.2 SPWM控制技术原理 我们期望通用变频器的输出
电压波形是纯粹的正弦波形，
u
但就目前技术而言，还不能
δ 1
δ 2
δ
t
制造功率大、体积小、输出
波形如同正弦波发生器那样
Umsinωt 标准的可变频变压的逆变器。 目前技术很容易实现的一种
方法是：逆变器的输出波形
θθ
θ
ωt
是一系列等幅不等宽的矩形
1
2
t
脉冲波形，这些波型与正弦
图1.1.10 单极式SPWM电压波形
波等效，如图1.1.10所示。
SPWM和SVPWM控制 ppt课件
N fc fr
（3-1）
当载波比 N 等于常数时，为同步调制； 当载波比 N 不等于常数时，为异步调制。
ppt课件
10
同步调制与异步调制比较
（1）同步调制能够保证在参考波每半个周期内包含的载波三 角波个数一定，可保持输出脉冲正、负半周对称；但参考波频 率很低时，逆变器输出波形谐波含量大。 （2）异步调制控制方法简单，在载波频率恒定时，只改变参 考波的频率和幅值就进行了调频调压，特别在低频输出时，可 通过保持较高的载波频率来改善输出波形；但异步调制时，输 出脉冲电压相位位置会发生漂移，不能随时保持调制脉冲电压 正、负半周对称，而产生边带效应。
3
3.1 电压型PWM逆变器的基本工作原理
PWM 逆变器多为采用不控或可控电压源供电的交-直-交系统， 简称电压型 PWM 逆变器。PWM 变频调速和其它变频调速方 式一样，也可以对交流电动机进行恒转矩控制、恒功率控制和 高速区域的软机械特性控制。常用的电压型 PWM 变频调速系 统的基本结构如图 3-1 所示。
角形，则有
AB BC DE EC
(3-6)
在 ABC 中， AB Vcm 为三角波幅值； BC S 为三角波四分 之一周期的角度。在 CDE 中，DE Vci 为三角波在第i 处的值； EC i 为式（3-5）的值。
ppt课件
24
将上边的值代入式（3-6）经整理后得
Vci
2 Ud sin(nt)d (t) 1 2
U 3 d sin(nt)d (t)
2 2
d
...
k Ud sin(nt)d (t)
2
Ud
sin(nt)d (t)]
2 k1
k 2
2-3SPWM控制技术
SPWM控制技术
变频器的调制方式
脉幅调制(PAM) 脉宽调制(PWM)
特点变频器在改变输出频率的同时改变输 出电压 不同点;PAM是改变输出电压的振幅 PWM是改变输出电压的脉宽占空比
PWM控制技术
PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术：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)。
u uc ur
O
wt
uo u of
uo Ud
O -U d
分量
wt
单极性PWM控制方式波形
双极性SPWM技术
双极性PWM控制方式（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，所得PWM波也有 正有负，其幅值只有±Ud两种电平。
wt
根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM 波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
U
d
O
-
wt
U
d
PWM控制的基本思想
2) PWM波形
等幅PWM波
输入电源是恒定直流
Ud O
- Ud
不等幅PWM波
输入电源是交流或不是 恒定的直流
U
wt
o
ωt
PWM控制的基本思想
PWM波大部分是电压波，也有电流波。 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是 PWM电流波。 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 等效成其他所需波形，如:
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
变频器的调制方式
脉幅调制(PAM) 脉宽调制(PWM)
特点变频器在改变输出频率的同时改变输 出电压 不同点;PAM是改变输出电压的振幅 PWM是改变输出电压的脉宽占空比
PWM控制技术
PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术：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)。
u uc ur
O
wt
uo u of
uo Ud
O -U d
分量
wt
单极性PWM控制方式波形
双极性SPWM技术
双极性PWM控制方式（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，所得PWM波也有 正有负，其幅值只有±Ud两种电平。
wt
根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM 波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
U
d
O
-
wt
U
d
PWM控制的基本思想
2) PWM波形
等幅PWM波
输入电源是恒定直流
Ud O
- Ud
不等幅PWM波
输入电源是交流或不是 恒定的直流
U
wt
o
ωt
PWM控制的基本思想
PWM波大部分是电压波，也有电流波。 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是 PWM电流波。 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 等效成其他所需波形，如:
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
正弦脉宽调制SPWM及其控制方法ppt课件
❖ 调频范围为0~200Hz，器件的开关频率普通在1kHz以下， 不适宜于IGBT逆变器。
❖ SLE4520是一种可编程的三相PWM集成电路。三相PWM 信号构成器实践上就是三个定时器或计数器。
❖ SLE4520有三个预置减计数器经过8位数据总线接纳来自微 机的地址和脉宽数据，将8位数据转化为相应宽度的矩形脉 冲，脉宽由减计数器内的数值决议。
2.4.1 PWM控制的根本原理
重要实际根底——面积等效原理
冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的 环节上时，其效果根本一样。
冲量
窄脉冲的面积
效果根本一样
环节的输出呼应波形根本一样
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
2.4.1 PWM控制的根本原理
❖ PWM控制的思想源于通讯技术，全控型器件的开 展使得实现PWM控制变得非常容易。
❖ PWM技术的运用非常广泛，它使电力电子安装的 性能大大提高，因此它在电力电子技术的开展史 上占有非常重要的位置。
❖ PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的胜利运 用，才确定了它在电力电子技术中的重要位置。 如今运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好地认识。
图2-15 外形不同而冲量一样的各种窄脉冲
2.4.1 PWM控制的根本原理
详细的实例阐明 “面积等效原理 〞
a〕
b) 图6-2 冲量相等的各 种窄脉冲的呼应波形
u (t)－电压窄脉冲， 是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是 电路的呼应。
2.4.1 PWM控制的根本原理
❖ SLE4520是一种可编程的三相PWM集成电路。三相PWM 信号构成器实践上就是三个定时器或计数器。
❖ SLE4520有三个预置减计数器经过8位数据总线接纳来自微 机的地址和脉宽数据，将8位数据转化为相应宽度的矩形脉 冲，脉宽由减计数器内的数值决议。
2.4.1 PWM控制的根本原理
重要实际根底——面积等效原理
冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的 环节上时，其效果根本一样。
冲量
窄脉冲的面积
效果根本一样
环节的输出呼应波形根本一样
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
2.4.1 PWM控制的根本原理
❖ PWM控制的思想源于通讯技术，全控型器件的开 展使得实现PWM控制变得非常容易。
❖ PWM技术的运用非常广泛，它使电力电子安装的 性能大大提高，因此它在电力电子技术的开展史 上占有非常重要的位置。
❖ PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的胜利运 用，才确定了它在电力电子技术中的重要位置。 如今运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好地认识。
图2-15 外形不同而冲量一样的各种窄脉冲
2.4.1 PWM控制的根本原理
详细的实例阐明 “面积等效原理 〞
a〕
b) 图6-2 冲量相等的各 种窄脉冲的呼应波形
u (t)－电压窄脉冲， 是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是 电路的呼应。
2.4.1 PWM控制的根本原理
城市轨道交通车辆技术《双极性SPWM控制5》
第三页，共四页。
内容总结
双极性S控制。在双极性控制方式中，同一相的上下两个桥臂的驱动信号都是互补的。实际上为了防止上下两 个臂直通而造成短路，在给一个臂施加关断信号后，再延迟Δt时间〔亦即通常所说的死区时间〕，才给另一个臂施 加导通信号。延迟时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决定。这个延迟时间将会给输出的波形带来影响，使 其偏离正弦波
双极性S控制
单相桥式逆变电路
➢ 上图是采用IGBT作为开关器件的电压型单 相桥式逆变电路，负载为感性负载。
第一页，共四页。
双极性S控制
➢ 在双极性控制方 式中，在ur的半 个周期内，三角 形载波是在正负 两个方向变化的， 所得到的波形也 是在两个方向变 化的。
双极性控制方式原理
第二页，共四页。
双极性S上下两个桥 臂的驱动信号都是互补的。
➢ 实际上为了防止上下两个臂直通而造成短路， 在给一个臂施加关断信号后，再延迟Δt时间 〔亦即通常所说的死区时间〕，才给另一个臂 施加导通信号。延迟时间的长短主要由功率开 关器件的关断时间决定。这个延迟时间将会给 输出的波形带来影响，使其偏离正弦波。
内容总结
双极性S控制。在双极性控制方式中，同一相的上下两个桥臂的驱动信号都是互补的。实际上为了防止上下两 个臂直通而造成短路，在给一个臂施加关断信号后，再延迟Δt时间〔亦即通常所说的死区时间〕，才给另一个臂施 加导通信号。延迟时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决定。这个延迟时间将会给输出的波形带来影响，使 其偏离正弦波
双极性S控制
单相桥式逆变电路
➢ 上图是采用IGBT作为开关器件的电压型单 相桥式逆变电路，负载为感性负载。
第一页，共四页。
双极性S控制
➢ 在双极性控制方 式中，在ur的半 个周期内，三角 形载波是在正负 两个方向变化的， 所得到的波形也 是在两个方向变 化的。
双极性控制方式原理
第二页，共四页。
双极性S上下两个桥 臂的驱动信号都是互补的。
➢ 实际上为了防止上下两个臂直通而造成短路， 在给一个臂施加关断信号后，再延迟Δt时间 〔亦即通常所说的死区时间〕，才给另一个臂 施加导通信号。延迟时间的长短主要由功率开 关器件的关断时间决定。这个延迟时间将会给 输出的波形带来影响，使其偏离正弦波。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 相电压为在+Vd/2和-Vd/2之间跳变的脉冲波. • 线电压为幅值为+Vd和-Vd的脉冲波,与单极
性调制时相同.
.
三.同步调制和异步调制
• 载波比(N):载波频率fc与调制波频率fr 之比,即N= fc / fr
• 视载波比的变化与否有同步调制和异步
调制之分.
• 1.同步调制(N为常数) • 2.异步调制(N不为常数) • 3.分段同步调制
• B、C两相只是相位上分别相差120O
.
三角波振荡器
fr
Vc fc
+
-
+
Vo
-
Vo
Vrm
VR
参
考 Var(t)
波 形
成 Vbr(t)
+ -
+ +-
-
-1 -1
+
-
+
Vcr(t)
-
-1
u
调制波
驱动信号
载波
Vg1 T1 Vg4 T4
Vg3 T3 Vg6 T6
Vg5 T5 Vg2 T2
0
t
VT1
Z
u
等效正弦波
周期的负峰值找 1
A
到正弦调制波上
的对应点.
• 采样水平线与三
tA
角载波的交点位
于正弦调制波两
侧,脉宽生成误
差(与自然采样
法比)明显减小,
所得SPWM波
t1
形更准确.
.
D B
M sin1t
tB
t
t2
t3
TC
t
v ab 0
.
SPWM逆变器的
工作原理
fr
三角波振荡器
Vc fc
+
-
+
Vo -
Vo
Vrm
VR
参 考
Var(t)
波
形
成 Vbr(t)
+ -
+ +-
-
-1 -1
+
-
+
Vcr(t)
-
-1
驱动信号
VT1
VT3
VT5
U
R
S
T
V
M
3~
W
VT4 VT6 VT2
.
AC-DC-AC变频器主电路原理图
Vg1 T1 Vg4 T4
• 功率器件导通的区间就是脉冲宽度;其关断 区间就是脉冲的间隙时间.
.
•
• • SPWM • 波形的 • 软件 • 生成法 • • • •
表格法(ROM法) 随时计算法(RAM法)
实时计算法
等效面积法 自然采样法 规则采样法(对称
和不对称规则 采样法)
.
1.自然采样法
1
M sin 1t A
B
tA
VT4
O
t .
(2) 工作特点
• 采用单极性控制时,在正弦波的半个周期内每 相只有一个开关器件开通或关断.也就是
• 在正弦波的正半周内逆变桥同一桥臂上的上 半桥臂上的开关管(如VT1)按脉冲序列的规律 时通时断地工作,而下半桥臂上的开关管(如 VT4)完全截止;在负半周内,两个器件的工作 情况则正好相反.
的等幅不等宽的矩 0
t
形脉冲波形.
u
• 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
法如右图示.
O
t
.
二.单、双极性SPWM技术
• 1.单极性SPWM技术
u
调制波
载波
0
t
u
等效正弦波
O
.
t
T1,T2高频臂
T3,T4工频臂 Fig4单相单极性SPWM逆变电路
T1
Vd
a
T2
D1 T3
• 流经负载Z的便是正,负交替交变电流.
.
2.双极性SPWM技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(1)工作原理
V 1
2
d T1
A 0
V 1
2 d T4
T3
T5
B T6
C T2
(a)电路
v c var
fr
Vc fc +
A
+
B C
Vo
V VR
rm
参 考
Var(t)
-
波
形
Vo
成 Vbr(t)
-+ -
+ +-
-
+
Vcr(t)
+-
v br
（b）由 v c , v r 相交确定开关点
正弦 v r正半周
vr
v
，
c
T 1 通、
T 4 通，
v ab V d
vab
v r v c， T 2 通 ( 应为 D 2 通 )、 T 4 通， v ab 0
Vd
1
1
2
3
4
5
6
O
2
单极性SPWM电压波形
t
正弦 v r负半周 v r v c ， T 2 通、 T 3 通， v ab V d v r v c ， T 1通 ( 应为 D 1 通 )、 T 3 通，
.
四.SPWM的数字采样法 (SPWM波形的软件生成法)
• 根据SPWM逆变器的工作原理,当载波比为 N时,在逆变器输出的一个周期内,正弦调制 波与三角载波应有2N个交点.即三角载波变 化一个周期内,它与正弦波相交两次,相应的 逆变器功率器件通断各一次.
• 要准确生成这样的SPWM波形,就得尽量精 确计算功率器件的导通时刻和关断时刻.
SPWM控制技术
• 一.SPWM逆变器的工作原理
• SPWM逆变器:其期望输出电压波形为 正弦波的逆变器.
• 就目前的技术而言,还不能制造出功率 大、体积小、输出波形如同正弦波发 生器那样标准的可变频变压的逆变器.
.
• 目前所采用的一种基 u
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
系列与正弦波等效
Vg3 T3 Vg6 T6
Vg5 T5 Vg2 T2
单极性调制的工作原理及工作特点
• (1) 工作原理(以A相为例结合下图讲解)
• 在正半周内,A相的VT1反复通断.当参考电 压Var大于三角波电压Vc时,相应比较器的输 出电压Vda为“正”电平,反之则产生“零” 电平.
• 负半周用同样的方法调制后在倒相而成.在 负半周内,A相的VT4反复通断.
负载
ia
D2 T4
D3
b
D4
v 正弦波 r v 三角波 c
+
+
VA
A
Vg1,T1
-
-
-1 Vg2,T2
+
VA
vc, fc
O 2 1
3
4
10
11 12
N fc fr
vr ,
14, P 6
fr
t
2
+
B
VB
Vg4 ,T4
-
-
-1 Vg3,T3
VB
驱动信号生成电路
T 1与 T 2 互补通、断 T 3与 T 4 互补通、断
tB
t
t
' 2
t2"
t1
t2
t3
TC
t
.
2.规则采样法(1)
• 在三角载波每一 1
M sin 1t
周期的正峰值找
D
B
到正弦调制波上
A
的对应点.
tA
tB
t
• 由于采样水平线 与三角载波的交 点位于同一侧,因 此脉冲宽度明显 减小,易造成控制 误差.
t1
t2
t3
.
TC
t
2.规则采样法(2)
• 在三角载波每一
v cr (b)
Vg1 T1
-1
Vg4 T4
Vg3 T3
-1
Vg6 T6
Vg5 T5
-1
Vg2 T2
驱动信号
0
v A0
v
B
0 0
0
vC 0
0
(c)电压波. 形图 三相逆变器SPWM控制原理
t
t t
t
(2)工作特点
• 双极性调制时,逆变器同一桥臂上、下两个 开关器件交替通断,处于互补工作方式.(例 如 V导 替TA通 通1导相,断通V;VTaC,o1=V相和-aoVV=Vd+/TTV254d.和交/类2V替;似反T通2地之交断,,替,当当B通相VV断aaVrr<>.TV)V3c和c时时V,,TV6交T4
性调制时相同.
.
三.同步调制和异步调制
• 载波比(N):载波频率fc与调制波频率fr 之比,即N= fc / fr
• 视载波比的变化与否有同步调制和异步
调制之分.
• 1.同步调制(N为常数) • 2.异步调制(N不为常数) • 3.分段同步调制
• B、C两相只是相位上分别相差120O
.
三角波振荡器
fr
Vc fc
+
-
+
Vo
-
Vo
Vrm
VR
参
考 Var(t)
波 形
成 Vbr(t)
+ -
+ +-
-
-1 -1
+
-
+
Vcr(t)
-
-1
u
调制波
驱动信号
载波
Vg1 T1 Vg4 T4
Vg3 T3 Vg6 T6
Vg5 T5 Vg2 T2
0
t
VT1
Z
u
等效正弦波
周期的负峰值找 1
A
到正弦调制波上
的对应点.
• 采样水平线与三
tA
角载波的交点位
于正弦调制波两
侧,脉宽生成误
差(与自然采样
法比)明显减小,
所得SPWM波
t1
形更准确.
.
D B
M sin1t
tB
t
t2
t3
TC
t
v ab 0
.
SPWM逆变器的
工作原理
fr
三角波振荡器
Vc fc
+
-
+
Vo -
Vo
Vrm
VR
参 考
Var(t)
波
形
成 Vbr(t)
+ -
+ +-
-
-1 -1
+
-
+
Vcr(t)
-
-1
驱动信号
VT1
VT3
VT5
U
R
S
T
V
M
3~
W
VT4 VT6 VT2
.
AC-DC-AC变频器主电路原理图
Vg1 T1 Vg4 T4
• 功率器件导通的区间就是脉冲宽度;其关断 区间就是脉冲的间隙时间.
.
•
• • SPWM • 波形的 • 软件 • 生成法 • • • •
表格法(ROM法) 随时计算法(RAM法)
实时计算法
等效面积法 自然采样法 规则采样法(对称
和不对称规则 采样法)
.
1.自然采样法
1
M sin 1t A
B
tA
VT4
O
t .
(2) 工作特点
• 采用单极性控制时,在正弦波的半个周期内每 相只有一个开关器件开通或关断.也就是
• 在正弦波的正半周内逆变桥同一桥臂上的上 半桥臂上的开关管(如VT1)按脉冲序列的规律 时通时断地工作,而下半桥臂上的开关管(如 VT4)完全截止;在负半周内,两个器件的工作 情况则正好相反.
的等幅不等宽的矩 0
t
形脉冲波形.
u
• 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
法如右图示.
O
t
.
二.单、双极性SPWM技术
• 1.单极性SPWM技术
u
调制波
载波
0
t
u
等效正弦波
O
.
t
T1,T2高频臂
T3,T4工频臂 Fig4单相单极性SPWM逆变电路
T1
Vd
a
T2
D1 T3
• 流经负载Z的便是正,负交替交变电流.
.
2.双极性SPWM技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(1)工作原理
V 1
2
d T1
A 0
V 1
2 d T4
T3
T5
B T6
C T2
(a)电路
v c var
fr
Vc fc +
A
+
B C
Vo
V VR
rm
参 考
Var(t)
-
波
形
Vo
成 Vbr(t)
-+ -
+ +-
-
+
Vcr(t)
+-
v br
（b）由 v c , v r 相交确定开关点
正弦 v r正半周
vr
v
，
c
T 1 通、
T 4 通，
v ab V d
vab
v r v c， T 2 通 ( 应为 D 2 通 )、 T 4 通， v ab 0
Vd
1
1
2
3
4
5
6
O
2
单极性SPWM电压波形
t
正弦 v r负半周 v r v c ， T 2 通、 T 3 通， v ab V d v r v c ， T 1通 ( 应为 D 1 通 )、 T 3 通，
.
四.SPWM的数字采样法 (SPWM波形的软件生成法)
• 根据SPWM逆变器的工作原理,当载波比为 N时,在逆变器输出的一个周期内,正弦调制 波与三角载波应有2N个交点.即三角载波变 化一个周期内,它与正弦波相交两次,相应的 逆变器功率器件通断各一次.
• 要准确生成这样的SPWM波形,就得尽量精 确计算功率器件的导通时刻和关断时刻.
SPWM控制技术
• 一.SPWM逆变器的工作原理
• SPWM逆变器:其期望输出电压波形为 正弦波的逆变器.
• 就目前的技术而言,还不能制造出功率 大、体积小、输出波形如同正弦波发 生器那样标准的可变频变压的逆变器.
.
• 目前所采用的一种基 u
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
系列与正弦波等效
Vg3 T3 Vg6 T6
Vg5 T5 Vg2 T2
单极性调制的工作原理及工作特点
• (1) 工作原理(以A相为例结合下图讲解)
• 在正半周内,A相的VT1反复通断.当参考电 压Var大于三角波电压Vc时,相应比较器的输 出电压Vda为“正”电平,反之则产生“零” 电平.
• 负半周用同样的方法调制后在倒相而成.在 负半周内,A相的VT4反复通断.
负载
ia
D2 T4
D3
b
D4
v 正弦波 r v 三角波 c
+
+
VA
A
Vg1,T1
-
-
-1 Vg2,T2
+
VA
vc, fc
O 2 1
3
4
10
11 12
N fc fr
vr ,
14, P 6
fr
t
2
+
B
VB
Vg4 ,T4
-
-
-1 Vg3,T3
VB
驱动信号生成电路
T 1与 T 2 互补通、断 T 3与 T 4 互补通、断
tB
t
t
' 2
t2"
t1
t2
t3
TC
t
.
2.规则采样法(1)
• 在三角载波每一 1
M sin 1t
周期的正峰值找
D
B
到正弦调制波上
A
的对应点.
tA
tB
t
• 由于采样水平线 与三角载波的交 点位于同一侧,因 此脉冲宽度明显 减小,易造成控制 误差.
t1
t2
t3
.
TC
t
2.规则采样法(2)
• 在三角载波每一
v cr (b)
Vg1 T1
-1
Vg4 T4
Vg3 T3
-1
Vg6 T6
Vg5 T5
-1
Vg2 T2
驱动信号
0
v A0
v
B
0 0
0
vC 0
0
(c)电压波. 形图 三相逆变器SPWM控制原理
t
t t
t
(2)工作特点
• 双极性调制时,逆变器同一桥臂上、下两个 开关器件交替通断,处于互补工作方式.(例 如 V导 替TA通 通1导相,断通V;VTaC,o1=V相和-aoVV=Vd+/TTV254d.和交/类2V替;似反T通2地之交断,,替,当当B通相VV断aaVrr<>.TV)V3c和c时时V,,TV6交T4