电力电子技术——第五章

V1
Ud + V2
VD1
V3
RL
uo
V4
VD2
VD3 VD4
– 不管哪种情况uo=Ud • 当ur<uc时，驱动V2、V3
信号波 ur 载波 uc
调制 电路
– 如io<0，V2和V3通
单相桥逆变电路
– 如io>0，VD2和VD3通
– 不管哪种情况uo=-Ud
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5.2.1 计算法和调制法
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5.2.1 计算法和调制法
• 单极性PWM控制方式
u
ur
– 调制信号ur为正弦
uc
波
O
t
– 载波uc为三角波
uo uo
– 在ur和uc的交点时
Ud
刻控制IGBT的通断
O
t
-U d
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5.2.1 计算法和调制法
u
uc ur
O
uo uo
Ud
uof
O
-Ud 图6-5
• Ur正半周
uCN'
Ud 2
O
可由uAN’-uBN’得出
u AB
Ud
– 逆变器输出线电压
O
- Ud
PWM波由±Ud和0三种 uAN
O
电平构成
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u rA
u rB
uc
ur C
t
t
t
t
图6-8
t
2Ud
Ud
3
3
t
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5.2.1 计算法和调制法
• 负载相电压uAN可由下式求得
uAN uA'N-uA'NuB 3'NuC'N
矩形脉冲代替，使矩
形脉冲和相应的正弦
波部分面积相等，可
得脉冲序列，即
t
SPWM波形。
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5
5.2.1 计算法和调制法
• 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。
• 调制法 – 把希望输出的波形（正弦波）按比例缩小作为调制信 号，把接受调制的信号作为载波，通过载波的调制得 到所期望的PWM波形。
2
5.1 概述
• 冲量（面积）等效原理
– 大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系 统时，只要它们的冲量即变量对时间的积分相 等，其作用效果基本相同。
– 可推广到阻感电路中。
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3
5.1 概述
形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
f (t)
f (t)
O
tO
t
a)
b)
f (t)
f (t)
d (t)
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• 单极性PWM控制方式
u
uc ur
– V1和V2通断互补，V3和V4通
断也互补，纵向换流
O
t
– uo正半周时，V1导通，V2关
断，V3和V4交替通断uo可得
uo Ud
到Ud和零两种电平
uo uof
– uo负半周，让V2保持导通，
O
t
V1保持断开，V3和V4交替
-Ud
通断，uo可得-Ud和零两种
第5章 PWM控制技术
• PWM（Pulse Width Modulation）控制
– 对脉冲的宽度进行调制的技术，通过对一系列脉冲的 宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状 和幅值）。
– 优点：功率因数高、有效地进行谐波抑制、动态响应 快。
– 缺点：高次谐波、du/dt、电磁干扰
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– 当ur>uc时，uo=Ud
t
– 当 ur<uc时，uo=0
• Ur负半周
– 当ur>uc时，uo=0
t
– 当 ur<uc时，uo= -Ud
• 单极性PWM控制方式特点
– 输出电压三个电平1、0、-1
– 需要两个三角载波
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5.2.1 计算法和调制法
• 单极性PWM控制方式
– V1和V2通断互补，V3和V4通
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5.1 概述
UR
滤波
UI
M
• 1964年德国人A.Schonung和H.stemmler首先提出把 这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的 推广应用开辟了新的局面。
• 通过改变脉冲的不同宽度可以控制逆变器输出交流基
波电压的幅值，通过改变调制周期可以控制其输出频
率，从而同时实现变压和可编变辑p频pt 。
• 图a、b、c分别为方波、 三角波、正弦半波窄 脉冲，图d单位冲击函 数δ（t） ，面积都等 于1。
• 分别加在具有惯性的 同一环节上时，其输 出响应基本相同。
O
t
O
t
c)
d)
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u a)
O u
b) O
5.1 概述
• 将正弦波分成N个彼
此相连的脉冲序列所
组成的波形，用相同
t
数量的等幅不等宽的
• 双极性PWM控制方式
– 三相的PWM控制公V1 C A
VD 1 V3
VD 3 V5
VD 5
载波uc，三相的调制信号依次
N'
B
N
Ud 2
+ V4 C
VD4 V6
VD 6
V
C
2
VD 2
相差120°。
– 当urA>uc时，V4关断，V1或
uuuurrrUVWc
VD1导通，则uAN’=Ud/2
V1
VD1
V3
VD3
断也互补，纵向换流
Ud +
RL
V2
uo
V4
– uo正半周时，V1导通，V2关
VD2
VD4
断，V3和V4交替通断uo可得
信号波 载波
ur uc
调制 电路
到Ud和零两种电平
– uo负半周，让V2保持导通， V1保持断开，V3和V4交替
单相桥逆变桥阻感负载
通断，uo可得-Ud和零两种 电平
• 负载相电压PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共 5种电平组成
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5.2.1 计算法和调制法
• 同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂 直通而造成短路，在上下两臂切换时留一小段上 下臂都施加关断信号的死区时间。
图6-5
电平
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5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
u
ur uc
– 在ur的一个周期内，输
O
出的PWM波只有±Ud两
t
种电平 uo Ud
– ur正负半周，对各开关
uof uo
器件的控制规律相同
O
t
-Ud
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5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
• 当ur >uc时，驱动V1、V4 – 如io>0，则V1和V4通 – 如io<0，VD1和VD4通
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5.2.1 计算法和调制法
• 调制波 – 把希望输出的波形作为调制信号，在SPWM中采用 正弦波作为调制波。
• 载波 – 把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得 到所期望的PWM波形 – 载波：三角波或锯齿波 – 原因：等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线
性关系，且左右对称。
调制 电路
三相桥逆变电路
– 当urA<uc时， V1关断，V4或 VD4导通，则uUN’=-Ud/2
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5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
u
O
– uAN’、uBN’和uCN’的
uA N'
Ud
2
PWM波形只有±Ud/2
O
-
Ud 2
uBN '
两种电平
Ud 2
O
-
Ud 2
– 线电压波形uAB的波形