6.3 PWM跟踪控制技术
PWM控制技术
PWM控制技术1.试说明 PWM 控制的基本原理。
答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即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）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：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，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦 PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到 PWM 波形。
各 PWM 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 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到 PWM 波形。
可见，所得到的 PWM 波形和期望得到的正弦波等效2. 单极性和双极性 PWM 调制有什么区别？三相桥式 PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压 SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的 PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性 PWM 控制方式。
三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的 PWM 波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性 PWM 控制方式。
三相桥式 PWM 型逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5U d和-0.5 U d。
输出线电压有三种电平U d、0、- U d。
3．特定谐波消去法的基本原理是什么？设半个信号波周期内有 10 个开关时刻（不含0 和p 时刻）可以控制，可以消去的谐波有几种？答：首先尽量使波形具有对称性，为消去偶次谐波，应使波形正负两个半周期对称，为消去谐波中的余弦项，使波形在正半周期前后 1/4 周期以p /2 为轴线对称。
四种pwm控制技术的原理
四种pwm控制技术的原理
PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种常用的数字控制技术，用于实现模拟信号的精确控制。
它通过改变信号的脉冲宽度来控制信号的平均电压或电流。
下面是四种常见的PWM控制技术及其原理：
1. 占空比控制：占空比是PWM信号高电平与周期之比。
通过改变占空比可以控制输出信号的平均电压或电流。
占空比越大，输出信号的平均电压或电流越大；占空比越小，输出信号的平均电压或电流越小。
这种方法简单易行，适用于许多应用场合。
2. 脉冲数改变：这种方法通过改变PWM信号每个周期中的脉冲数来控制输出信号的平均电压或电流。
脉冲数越多，输出信号的平均电压或电流越大；脉冲数越少，输出信号的平均电压或电流越小。
脉冲数改变时，周期保持不变。
这种方法常用于需要精确控制输出信号的平均电压或电流的应用。
3. 频率调制：这种方法通过改变PWM信号的频率来控制输出信号的平均电压或电流。
频率越高，输出信号的平均电压或电流越大；频率越低，输出信号的平均电压或电流越小。
输出的平均功率受频率的影响最小，可以实现高效的能量转换。
频率调制一般使用较高的固定占空比。
4. 相位移控制：这种方法通过改变PWM信号相位来控制输出信号的平均电压或电流。
相位移正比于输出信号的平均电压或电流。
相位移控制可以实现交流电源的电压或电流控制，广泛应用于电网有功功率控制和无功功率控制。
这四种PWM控制技术可以根据具体应用的需要选择合适的方式，以实现对输出信号的精确控制。
PWM控制原理(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
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）。
第3、4章已涉及这方面内容:第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM 整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：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。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形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，看成N个相连的脉冲序列，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。
6.3变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术.
6.3 变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术本节提要正弦波脉宽调制(SPWM)技术电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术控制技术（或称磁链跟踪控制技术）电压空间矢量PWM(SVPWM)PWM技术就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效控制和消除谐波的一门技术。
我们把PWM技术分为三类1、正弦PWM技术（电压、电流、磁通为正弦目的各种PWM方案）2、优化PWM技术3、随机PWM技术一、正弦波脉宽调制(SPWM)技术1. PWM调制原理以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。
按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。
这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。
2. SPWM控制方式如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM 波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。
如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。
规则采样法原理三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc自然采样法中，脉冲中点不和三角波一周期的中点（即负峰点）重合规则采样法使两者重合，每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称，使计算大为简化在三角波的负峰时刻tD对正弦信号波采样得D点，过 D作水平直线和三角波分别交于A、B 点，在A点时刻 tA和B点时刻 tB控制开关器件的通断脉冲宽度 d 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近根据上述采样原理和计算公式，可以用计算机实时控制产生SPWM波形。
第6章PWM技术
由电机学，三相对称正 弦供电时: 总向量恒幅恒速旋转 (电)角速度：w 2f s 代表空间正弦分布且圆 转磁场，u s、es、is 是引用量
26
• 三相交流的空间向量
n=0:15;x=2*pi*n/16;a=2*pi/3;
v=cos(x)+cos(x+a)*exp(j*a) +cos(x-a)*exp(-j*a); plot(v)
16
除计算法和调制法外，还有 空间向量法 跟踪控制方法
17
6.2.2 异步调制和同步调制
载波比N = fc / fo----模拟uo一个周波的脉冲数 1） 异步调制----fc不变， N随fo变 载波与调制波不同步 N常≠整数 对称性差。 当fo较低时，N大------低频性能好。
当fo增高时，N小------高频差
u
ω1
u2Tc
32
空间矢量磁链控制 SVPWM
其它区域也有相应控制规则
SVPWM用电压向量u控制Ψ 沿折线围线,并走走停停逼近圆 开关频率越高,线元usTc越短 Ψ圆越准
33
空间矢量磁链控制 SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
34
SVPWM波形特点
31
空间矢量磁链控制 SVPWM
--仿闭环控制算法 控制方程ΔΨs “=” usTc 按Ψ转向超前90度建u参考轴 u2 用u轴前后电压向量控制Ψ 例如图 矢量 作用 应用条件 u1 u1 正转增幅 Ψ滞后欠幅 u2 正转减幅 滞后超幅 u7,8 停转等待 超前 Ψ 例:Ψ滞后欠幅,用u1 u1Tc Ψ滞后超幅,用u2 Ψ超前,用u7,8 注”相邻原则”:u1u8; u2u7;可减少开关动作
PWM控制技术
┊
控制方法即可使电压与频率协调变化.相对于 PAM 法,该方法的优点是简化了电
┊
路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含
┊
┊
较大的谐波分量。
┊
（2）随机 PWM
┊
在上世纪 70 年代开始至上世纪 80 年代初,由于当时大功率晶体管主要为双
极性达林顿三极管,载波频率一般不超过 5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成
┊
Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的
┊
方波电压而不能调压.等脉宽 PWM 法正是为了克服 PAM 法的这个缺点发展而来的,
┊
是 PWM 法中最为简单的一种.它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为 PWM 波,
┊
┊
通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当
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电流波形，降低电源系统谐波的多重 PWM 技术在大功率变频器中有其独特的优
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势（如 ABB ACS1000 系列和美国 ROBICON 公司的完美无谐波系列等）；而优化 PWM
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所追求的则是实现电流谐波畸变率（THD）最小，电压利用率最高，效率最优，
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及转矩脉动最小以及其它特定优化目标。
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在 70 年代开始至 80 年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿
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内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频
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率和幅值.该方法的实现有以下几种方案。
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（4）等面积法
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┊
该方案实际上就是 SPWM 法原理的直接阐释,用同样数量的等幅不等宽的矩形脉
简述pwm控制技术原理
简述pwm控制技术原理
脉宽调制（PWM）是一种常用的电子控制技术，通过调节信号的占空比来控制输出信号的平均功率。
PWM控制技术常用于电力电子、自动控制、通信等领域。
PWM控制技术的原理如下：
1. 基本原理：PWM控制技术基于周期性的高电平（ON）和低电平（OFF）信号。
在一个固定的时间周期内，通过改变高电平和低电平信号的持续时间比例（即占空比），可以实现对输出信号的平均功率的调节。
2. 信号生成：PWM控制技术需要产生一个周期性的方波信号作为控制信号。
可以使用定时器或计数器来生成这个周期性的信号，根据设定的频率来确定每个周期的时间长度。
3. 调节占空比：在每个周期内，通过改变高电平信号的持续时间来调节占空比。
占空比定义为高电平信号的持续时间与一个周期的总时间之比。
例如，一个占空比为50%的PWM信号表示高电平和低电平信号的时间相等。
4. 输出控制：PWM信号经过一个滤波器，将高频的方波信号转换为模拟信号。
根据PWM 信号的占空比，滤波器输出的模拟信号的平均值相应地调节。
通过控制占空比，可以实现对输出信号的电压、电流或功率进行精确的控制。
PWM控制技术的优点包括高效性、精确性和可靠性。
由于输出信号是由开关器件的开关状态决定的，因此可以快速响应和调节输出信号。
PWM技术广泛应用于电机控制、LED调光、电源变换器等领域，以实现精确的控制和节能的效果。
电力电子第6章 脉宽调(PWM)技术
O
u UN'
Ud
2
O
?
Ud 2
u VN'
Ud
2O
?
Ud 2
u WN'
Ud
2
O
u UV Ud
O -Ud u UN
O
?t ?t ?t ?t
?t
2Ud
Ud
3
3
?t
图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形
死区时间的长短主要由开关器 件的关断时间决定。
工作时V1和V2通断互补， V3和V4通断也互补。
以uo正半周为例，V1通， V2断，V3和V4交替通断。
负载电流比电压滞后，在 电压正半周，电流有一段 区间为正，一段区间为负。
负载电流为正的区间，V1 和V4导通时，uo等于Ud 。
图6－4 单相桥式PWM逆变电路
6-14
6.2.1 计算法和调制法
图6－4 单相桥式PWM逆变电路
6-15
6.2.1 计算法和调制法
3）单极性PWM控制方式（单相桥逆变）
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
ur正半周，V1保持通，
V2保持断。
u
uc ur
当 ur>uc 时 使 V4 通 ，
V3断，uo=Ud 。
O
wt
当 ur<uc 时 使 V4 断 ，
V3通，uo=0 。
uo
uof uo
Ud
O
wt
-Ud
图6-6 双极性PWM控制方式波形
6-17
u
uc
ur6.2.1
电力电子技术课程教学大纲
《电力电子技术》课程教学大纲课程类别：专业基础课程性质：必修英文名称：Power Electronic Technology总学时：64讲授学时：48 实验学时：16学分：3.5先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术适用专业：自动化开课单位：信息工程学院自动化教研室一、课程简介《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程。
它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。
本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标，培养学生的分析问题和解决问题的能力，为《运动控制》等后续课程以及从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
二、教学内容及基本要求0 绪论（2学时）教学内容：0.1电力电子技术的定义0.2电力电子技术的发展历史(自学)0.3电力电子技术的内涵及其相关工业0.4电力电子技术所研究的基本问题0.5电力电子技术的主要内容0.6本课程的学习方法及考核方法教学要求：1.理解电力电子技术的定义，电力电子技术所研究的基本问题。
2.了解电力电子学科的发展历史、电力电子技术的内涵及其相关工业、电力电子技术的主要内容以本课程的学习方法及考核方法。
授课方式：讲授+自学第一章：电力电子器件（10 学时）教学内容：1.1电力电子器件概述1.2不可控器件——电力二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.5其他新型电力电子器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护1.8电力电子器件的串联和并联使用教学要求：1.掌握各种电力电子器件的基本特性、应用场合和使用方法。
2.理解各种全控型器件、半控型器件的工作原理和主要参数选择依据.3.了解典型触发、驱动和缓冲电路的组成、工作原理和特点。
第6章6.3 空间矢量PWM(SVPWM)控制
用于VSR直流电流控制中的SVPWM技 术的类型
其一是基于固定开关频率的SVPWM电流控制， 即利用同步旋转坐标系(d，q)中电流调节器输 出的空间电压矢量指令，再采用SVPWM使 VSR的空间电压矢量跟踪电压矢量指令，从而 达到电流控制的目的； 其二是利用基于滞环电流控制的SVPWM，即 利用电流偏差矢量或电流偏差变化率矢量空间 分布给出最佳的电压矢量切换，使电流偏差控 制在滞环宽度以内，这实际上是一种变开关频 率的SVPWM。
23
定频滞环SVPWM电流控制的实现 控制结构如图所示
引入锁相环控制， 以动态调整内、 外滞环宽度，从 而获得定频滞环 SVPWM电流控 制。
当外滞环比较单元判定指令电压矢量V*所在的平行 四边形区域时，实际上只有两个相间电流误差可以 独立控制。
24
如果 Va 0、Vb0、Vc0 是角频率为ω的三相对称正 弦波电压,那么矢量V即为模为相电压峰值,且 以角频率ω按逆时针方向匀速旋转的空间矢量， 而空间矢量V在三轴(a，b，c)上的投影就是对 称的三相正弦量。
5
2. 空间电压矢量的合成
对于任一给定的空间电压矢量，均可由8条三 相VSR空间电压矢量合成，
14
三相VSR SVPWM电流控制类型
2.将滞环控制与SVPWM控制相结合，通过 VSR空间电压矢量的实时切换，使电流误差被 限制在一个给定滞环内，从而获得电流的高品 质控制。 这类SVPWM电流控制方案，因其快速的电流 响应和较好的系统鲁棒性，常用于诸如有源滤 波器等要求快速电流响应控制的系统中。 这类控制方案将滞环控制与SVPWM控制有机 地结合起来，在取得快速电流响应的同时，降 低了开关频率，提高了系统运行效率。
第六章 脉宽调(PWM)技术 电力电子技术ppt
2.调制法
u uc H
O
uo D
O
希望输出的波形作调制信号，把接受调制的 信号作为载波，通过调制得到所期望的 ur PWM波
通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波
t
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
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2.调制法
把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的 信号作为载波，通过信号波得调制得到所期望的 PWM波形
等腰三角波 或锯齿波
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，当它与任何一个平缓变 化的调制信号波相交时，如在 交点时刻对电路中开关器件的 通断进行控制，就可得到宽度 正比于信号波幅值的脉冲
5
6.1 PWM控制的基本思想
1.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
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6.2 PWM逆变电路及其控制方法
一. 计算法和调制法 二. 异步调制和同步调制 三. 规则采样法 四. PWM逆变电路得谐波分析 五. 提高直流电压利用和减少开关次数 六. PWM逆变电路的多重化
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一. 计算法和调制法
1.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。 本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位 变化时，结果都要变化。
脉宽调(PWM)技术
O
u
> ωt
冲量相等，中点重合 宽度按正弦规律变化
ωt
O
u
u
SPWM波
O
ωt
O
> ωt
6.1 PWM控制的基本思想
对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形
Ud O -U d
wt
正弦波还可等效为下图中的PWM波，在实际应用中更为广泛。
U
d
等幅PWM波
O
-
wt
U
d
U
o
ωt
不等幅PWM波
6.2 PWM逆变电路及其控制方法
Uo
wt
uo
负 周 半
uo的基波分量
wt
在ur和uc的交点时刻控制IGBT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 。 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0 。 ur负半周，请同学们自己分析。
O -U d
单极性PWM控制方式波形
6.2.1 计算法和调制法
分析以双极性SPWM波形为准。 同步调制可看成异步调制的特殊情况，只分析异步调制 方式。 分析方法
以载波周期为基础，再利用贝塞尔函数推导出PWM波 的傅里叶级数表达式。
尽管分析过程复杂，但结论简单而直观。
6.2.4 PWM逆变电路的谐波分析
谐波分析小结 三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著
6.2.6 PWM逆变电路的多重化
PWM多重化逆变电路，一般目的：提高等效开关频率、减少开关损耗、 减少和载波有关的谐波分量 PWM逆变电路多重化联结方式有变压器方式和电抗器方式
利用电抗器联接的二重PWM逆变电路（图6-20，图 6-21)
电流滞环跟踪PWM控制技术
电流滞环跟踪PWM控制技术摘要：电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真所采用的器件简单，利用simulink工具分析了在电流跟踪控制中采用滞环宽度并讨论了滞环宽度与开关频率和控制精度之间的关系，给出了各波形。
关键词：电流滞环控制脉宽控制滞环宽度控制法一、前言应用PWM控制技术的变压变频器一般都是电压源型的，它可以按需要方便地控制其输出电压，为此前面两小节所述的PWM控制技术都是以输出电压近似正弦波为目标的。
但是，在电流电机中，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。
因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。
二、电流滞环跟踪控制原理常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪 PWM（Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM）控制，具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的A相控制原理如1图所示。
图1 电流滞环跟踪控制的A相原理图图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。
将给定电流i*a 与输出电流i a进行比较，电流偏差∆i a超过时±h，经滞环控制器HBC控制逆变器A相上（或下）桥臂的功率器件动作。
B、C二相的原理图均与此相同。
采用电流滞环跟踪控制时，变压变频器的电流波形与PWM电压波形示于图6-23。
如果，i a < i*a ，且i*a - i a ≥h，滞环控制器 HBC输出正电平，驱动上桥臂功率开关器件V1导通，变压变频器输出正电压，使增大。
当增长到与相等时，虽然，但HBC仍保持正电平输出，保持导通，使继续增大直到达到i a= i*a+ h， i a = –h，使滞环翻转，HBC输出负电平，关断V1 ，并经延时后驱动V4但此时未必能够导通，由於电机绕组的电感作用，电流不会反向，而是通过二极管续流，使受到反向钳位而不能导通。
空间矢量PWMSVPWM控制
12
6.3.2 三相VSR空间电压矢量 PWM(SVPWM)控制
SVPWM的三相VSR控制则有下列突出优点：
(1) 与SPWM控制相比，其三相VSR直流电压利 用率提高了15．4%。
(2) 与SPWM控制相比，相同的波形品质条件下， SVPWM控制具有较低的开关频率，且平均约降 低30%，从而有效地降低了功率开关管的开关损 耗。
常规的SPWM则将控制重点集中在波形的改进 上，以至在不高的开关频率条件下，难以产生 较为完善的正弦波电压，即使开关频率较高， 由于电压型变流器固有的开关死区延时，从而 降低了电压利用率，甚至使波形畸变，因而难 以获得更为满意的交流电动机驱控制中的SVPWM技 术的类型
可编辑ppt
6
电压空间矢量V*的几种合成方法
方法一：该方法将零矢量均匀地分布在矢量V*的起、 终点上，然后依次由V1、V2按三角形方法合成，如图 a所示。
从该合成法的开关函数波形(见图b)分析，一个开关 周期中，VSR上桥臂功率开关管共开关4次。
（a） V*合成
可编辑pp（t b）开关函数波形
7
频谱分布
由于开关函数波形 不对称，因此PWM 谐波分量主要集中 在开关频率fa及2fa， 其频谱分布如图c所 示。显然，在频率fa 处的谐波幅值较大。
可编辑ppt
（c）频谱分布
8
方法二：方法二的矢量合成与方法一不同的是，
除零矢量外，V*依次由V1、V2、V1合成，并从V* 矢量中点截出两个三角形，如图a所示。
这类SVPWM电流控制方案，一般用于动态电 流响应要求不高的正弦波电流跟踪控制场合， 如高功率因数整流器、无功补偿装置等。
这主要是由于其指令电压矢量受VSR系统及控 制滞后扰动的影响，因而不易取得十分理想的 动态电流响应。
脉宽调制讲解
，
再令
uo Ud
两
个
不
同
的
an=0
，
就
可
建
三
个
方
程
，
求
得
O a1
a2 a3
π
2π
ωt
-Ud
6.2.1 计算法和调制法
¾ 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：
a1 =
2U d
π
(1 −
2 cos α 1
6.2.2 异步调制和同步调制
¾分段同步调制——异步调制和同步调制的综合应用
fc /kHz 201 147 99 69 45 33
2.4
2.0
1.6
21
1.2
0.8
图6-11 分段同步调制方式举例
0.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80
fr /Hz
讨结 论 论 ¾持¾¾¾调接在在把易的同为N可近制恒ff整在实方步防方rr低高定低个式现法调止的的频，，f制frc频输频范这在不比出段样段围切同异时把采采划换频采步两用用分点段用者调较较成异附的的制高步低若优近N复调不的点的干来杂制结同NN个回方，，合，频跳式起但使使段，动来用载载高，，，微波波频和每采机频输频分个用出控率段率频滞时同制不不段切后步时致致换内方切容过过到式保换低同高效步果；
6.2.1 计算法和调制法
¾单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在ur和uc的交点时
刻控制IGBT的通断
u
uc ur
O
ωt
uo
uo
Ud
电力电子技术第七章PWM控制技术
5
7.2.1 计算法和调制法
■计算法 ◆根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内
的脉冲数,将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出 来,按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断,就可 以得到所需要的PWM波形,这种方法称之为计算法.
负载相电压的PWM波由±2/3Ud、±1/3Ud和0 共5种电平组成.
◆为了防止上下两个臂直通而造成短路,在上 图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加
关断信号的死区时间.
12
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
■特定谐波消去法 ◆是计算法中一种较有代表性的方法. ◆如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各k次,考虑到
◆在fr低的频段采用较高的载波比,以 使fc不致过低而对负载产生不利影响.
◆为了防止fc在切换点附近的来回跳 动,在各频率切换点采用了滞后切换的方 法.
◆有的装置在低频输出时采用异步调
制方式,而在高频输出时切换到同步调制 方式,这样可以把两者的优点结合起来, 和分段同步方式的效果接近.
19
7.2.3 规则采样法
高频段略有差异. ◆实例 ☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入,加在图7-2a所示的R-L
电路上,设其电流it为电路的输出,图7-2b给出了不同窄脉冲时it的响应波 形.
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
3
7.1 PWM控制的基本原理
■用PWM波代替正弦半波
pwm控制技术的基本原理
pwm控制技术的基本原理
PWM（脉冲宽度调制）控制技术是一种常用的调节电压或电流的方式，其基本原理是通过控制一个周期内脉冲的宽度，来实现对输出信号的控制。
PWM控制技术的基本原理如下：
1. 首先，将输入信号（通常为模拟信号）与一个基准信号进行比较。
基准信号通常是一个固定频率的方波信号。
2. 当输入信号大于基准信号时，输出一个高电平脉冲；当输入信号小于基准信号时，输出一个低电平脉冲。
脉冲的宽度取决于输入信号与基准信号之间的差异程度。
3. 接下来，通过将高电平脉冲和低电平脉冲周期性地重复，就可以得到一个脉冲宽度可调的信号。
4. 最后，通过调节脉冲的宽度，可以控制输出信号的平均值。
脉冲宽度较宽，输出平均电压或电流较高；脉冲宽度较窄，输出平均电压或电流较低。
通过不断地改变脉冲宽度，PWM信号可以模拟出连续范围内多个不同的平均值，从而实现对输出信号的精确控制。
在实际应用中，PWM控制技术被广泛应用于电机控制、照明调光、电力转换等领域。
pwm跟踪调试技术
pwm跟踪调试技术PWM波形生成的第三种方法是跟踪控制方法，它是把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。
常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。
下面就分别讨论这两种方式。
一．滞环比较方式1) 采用滞环比较方式的PWM电路跟踪控制。
基本原理如下：把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*-i作为滞环比较器的输入。
V1（或VD1）通时，i增大V2（或VD2）通时，i减小通过环宽为2DI的滞环比较器的控制，i就在i*+DI和i*-DI的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流i*。
如下图所示图1.滞环比较方式电流跟踪控制举例图2（a）滞环比较方式原理框图（b）滞环比较方式的指令电流和输出电流参数对pwm的影响是：环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。
L大时，i的变化率小，跟踪慢；L小时，i的变化率大，开关频率过高。
图2（a）给出了采用滞环比较的电流控制原理框图。
正弦给定电流i r与实际电流检测信号h相比较，其偏差ie经过具有滞环特性的比较器，一路直接,—路倒相，产生互补信号，去控制逆变电路上、下两功率开关民、民。
当i r＞个且偏差达到△I时，S1导通、S2关断断，电流增加；反之。
Sl关断、s2导通，电流减小。
如此上、下两管反复导通、关断，迫使实际电流以锯齿状不断跟踪给定电流变化，并将偏差限制在允许范围内。
勺此同时，逆变器输出约电压成pwm波，屯流、电压波形如图2的(b)所示。
图2（a）中CT为电流检测元件，它必须有很宽的通频带，例如用高灵敏度的霍耳电流传感器。
不难看出，滞环的宽度2△I材跟踪性能有很大的影响。
环过宽，开关频率和开关损耗可降低。
但跟踪误差增大；环过窄，跟踪误差减小，但开关频率和开关损耗增加，这会受开关器件允许丁作频率的限制，而且村给定的滞环宽度，开关频率也不是—个常数。
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Ud 2 Ud 2
滤波器
+ u* u
u
图 6-26
图6-26 电 压跟踪控制电路举例
u * =0 时 ， 输 出 u 为 频 率 较 高 的 矩 形 波 ， 相 当 于 一 个 自 励 振 荡 电 路 u*为 直 流 时 ， u 产 生 直 流 偏 移 ， 变 为 正 负 脉 冲 宽 度 不 等 ， 正 宽 负 窄 或 正 窄 负 宽 的 矩 形 波 u*为 交 流 信 号 时 ， 只 要 其 频 率 远 低 于 上 述 自 励 振 荡 频 率 ， 从 u 中 滤 除 由 器 件 通 断 产 生 的 高 次 谐 波 后 ， 所 得 的 波 形 就 几 乎 和 u* 相 同 ， 从 而 实 现 电 压 跟 踪 控 制
6.3.1
滞环比较方式
电流跟踪控制应用最多
基本原理
把 指 令 电 流 i*和 实 际 输 出 电 流 i 的 偏 差 i*-i 作 为 滞 环 比 较 器 的 输 入 比 较 器 输 出 控 制 器 件 V1 和 V2 的 通 断 V 1 （ 或 VD 1 ） 通 时 ， i 增 大 V 2 （ 或 VD 2 ） 通 时 ， i 减 小 通 过 环 宽 为 2 I 的 滞 环 比 较 器 的 控 制 ， i 就 在 i * + I 和 i * - I 的 范 围 内 ，呈 锯 齿 状 地 跟 踪 指 令 电 流
uAB O t
i O
i*U
iU t 图6-25
图 6-25
三 相 电 流 跟 踪 型 PWM 逆 变 电 路 输 出 波 形
采 用 滞 环 比 较 方 式 的 电 流 跟 踪 型 PWM 变 流 电 路 有 如 下 特 点
（ 1） 硬 件 电 路 简 单 （ 2） 实 时 控 制 ， 电 流 响 应 快 （ 3） 不 用 载 波 ， 输 出 电 压 波 形 中 不 含 特 定 频 率 的 谐 波 （ 4） 和 计 算 法 及 调 制 法 相 比 ， 相 同 开 关 频 率 时 输 出 电 流 中 高 次 谐 波 含 量 多 （ 5 ） 闭 环 控 制 ， 是 各 种 跟 踪 型 PWM 变 流 电 路 的 共 同 特 点
滞环比较方式电流跟踪控制举例
i
i
i*
i* +I
O i* -I
t
图 6-23
滞 环 比 较 图6-23 方式的指令电流和输出电流
三相的情况
U
V
W
Ud
V1 V4
V3 V6
V5 V2
- iU + i* U
- iV + i*V 图6-24
- iW + i* W
图 6-24
三 相 电 流 跟 踪 型 PWM 逆 变 电 路
定时比较方式
不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟 以固定采样周期对指令信号和被控量采样，按偏差的极性来控制开关器件通断 在 时 钟 信 号 到 来 时 刻 ， 如 i < i*， 令 V1 通 ， V2 断 ， 使 i 增 大 如 i > i*， 令 V1 断 ， V2 通 ， 使 i 减 小 每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小 采 用 定 时 比 较 方 式 时 ， 器 件 最 高 开 关 频 率 为 时 钟 频 率 的 1/2 和滞环比较方式相比，电流误差没有一定的环宽，控制的精度低一些
Ud
负 载
C+ C+ C+ -
A A A
- iU + - iV +
i*U i*V
- iW * i + W
三相三角波 发生电路 图6-27 三角波比较方式电流跟踪型逆变电路
图 6-27
特点
开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便 为改善输出电压波形，三角波载波常用三相 和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流谐波少
6.3
PWM 跟 踪 控制 技 术
PWM 波 形 生 成 的 第 三 种 方 法 — — 跟 踪 控 制 方 法 把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆 变电路各器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化 常用的有滞 环 比 较 方 式 和三 角 波 比 较 方 式
6.3.2
三角波比较方式
基本原理
不是把指令信号和三角波直接进行比较，而是闭环控制 把 指 令 电 流 i * U 、 i * V 和 i * W 和 实 际 输 出 电 流 i U 、 i V 、 i W 进 行 比 较 ，求 出 偏 差 ，放 大 器 A 放 大 后 ，再 和 三 角 波 进 行 比 较 ， 产 生 PWM 波 形 放大器 A 通常具有比例积分特性或比例特性，其系数直接影响电流跟踪特性
采用滞环比较方式实现电压跟踪控制
把 指 令 电 压 u*和 输 出 电 压 u 进 行 比 较 ， 滤除偏差信号中的谐波， 滤波器的输出送入滞环比较器， 由比较器输出控制开关通断，从而实现电压跟踪控制 和电流跟踪控制电路相比，只是把指令和反馈从电流变为电压 输 出 电 压 PWM 波 形 中 含 大 量 高 次 谐 波 ， 必 须 用 适 当 的 滤 波 器 滤 除Biblioteka *参数的影响
滞环环宽对跟踪性能的影响：环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差 小，但开关频率过高 电抗器 L 的作用：L 大时，i 的变化率小，跟踪慢 L 小时，i 的变化率大，开关频率过高
Ud 2 Ud 2
VD1 i
VD2
V1 + i* - i
V2
负载
L 图6-22
图 6-22