电力电子技术第五章

率，从而同时实现变压和变频。
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电力电子技术第五章
•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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电力电子技术第五章
•5.1 概述
•形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
•0.4
•0.2
•k •1
• n=1,3,5,…时，
•n •0
• k=3(2m－1)±1 ，m=1,2,…；
•a•=•1.0 •a•=•0.8 •a•=•0.5 •a•=•0
•0 ••+-•2••+-•4 •0 ••+-•1••+-•3••+-•5 •0 ••+-•2••+-•4
•1
•2
•3
•角频率
• 死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍 偏离正弦波。
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•5.2.2 SPWM的基波电压
• SPWM脉冲电压：脉冲宽度按照正弦规律变化的 脉冲电压序列。
• 其基波电压幅值与各段脉宽有着直接关系，改变 各个脉冲的宽度，就可以平滑地调节逆变器输出 电压基波幅值。
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•5.2.4 异步调制和同步调制
• 异步调制 – 载波信号和调制信号不同步的调制方式，通常保持fc固定不变， 当fr变化时，载波比N是变化的 – 缺点： • 在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定， 正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。 • 当信号频率增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，使得输出 PWM波和正弦波差异变大。
•1
•2
•3
•角频率
• SPWM波中不含低次谐波，只含wc及其附近的谐波以及 2wc、3wc等及其附近的谐波。
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•5.2 逆变电路的SPWM控制方法
•谐波振幅
• 2）三相双极性 •1.2
• （公用载波信号时的情况）•1.0
•0.8
uo负半周，让V2保持导通， V1保持断开，V3和V4交替 通断，uo可得-Ud和零两种 电平
•单相桥逆变桥阻感负载
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• 单极性PWM控制方式 – V1和V2通断互补，V3和V4通 断也互补，纵向换流 – uo正半周时，V1导通，V2关 断，V3和V4交替通断uo可得 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 通断，uo可得-Ud和零两种 电平
• 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。
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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
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•5.2.4 异步调制和同步调制
• 同步调制缺点：
– 当逆变电路输出频率很低时，fc也很低， fc过低 时由调制带来的谐波不易滤除。
– 当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载 波频率fc会过高，使开关器件难以承受。
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•5.2.4 异步调制和同步调制
• 双极性PWM控制方式 – 三相的PWM控制公用三角波 载波uc，三相的调制信号依次 相差120°。 – 当urA>uc时，V4关断，V1或 VD1导通，则uAN’=Ud/2 – 当urA<uc时， V1关断，V4或 VD4导通，则uUN’=-Ud/2
三相桥逆变电路
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•5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
– uAN’、uBN’和uCN’的 PWM波形只有±Ud/2 两种电平
– 线电压波形uAB的波形 可由uAN’-uBN’得出
– 逆变器输出线电压 PWM波由±Ud和0三种 电平构成
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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
– 载波比：载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr
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•5.2.3 脉宽调制的制约条件
•2. 最小间歇时间与幅值调制比
– 最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间ton， – 而最小脉冲间歇大于器件的关断时间toff – 幅值调制比
• M= Urm / Ucm • M= 0~1
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•5.2.4 异步调制和同步调制
• 同步调制 – 在变频（fr变化）时，载波比N不变，载波与信号波保 持同步。 – 信号波一周期内输出脉冲数是固定，脉冲相位也是固 定的。 – 三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍， 使三相输出波形严格对称。 – 为使一相的PWM波正负半周镜对称， N应取奇数。
•n=2,4,6,…时，
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/27
电力电子技术第五章
•0.6
• n=1,3,5,…时，k=0,2,4, …；•0.4 • n=2,4,6,…时，k=1,3,5, … •0.2
•k •1 •n •0
•a•=•1.0 •a•=•0.8 •a•=•0.5 •a•=•0
•0 ••+-•2••-+•4 •0 ••+-•1••+-•3 ••+-•5 •0 ••+-•2••+-•4
• Ur负半周 – 当ur>uc时，uo=0 – 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 断也互补，纵向换流
– uo正半周时，V1导通，V2关 断，V3和V4交替通断uo可得 到Ud和零两种电平
性关系，且左右对称。
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•5.2.1 计算法和调制法
• 单极性PWM控制方式 – 调制信号ur为正弦 波 – 载波uc为三角波 – 在ur和uc的交点时 刻控制IGBT的通断
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•5.2.1 计算法和调制法
• Ur正半周 – 当ur>uc时，uo=Ud – 当 ur<uc时，uo=0
• 设同一三角波周期内三相的脉宽分别为δU、 δV和δW，脉 冲两边的间隙宽度分别为δ’U、 δ’V和δ’W，同一时刻三相 调制波电压之和为零，得
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•5.2 逆变电路的SPWM控制方法
• 1）单相双极性 •1.4 •1.2
• 谐波角频率为:
•1.0
•0.8
•谐波振幅
A点时刻tA和B点时刻tB控
制功率开关器件的通断
•u•o
• 规则采样法得到的脉冲宽
度和用自然采样法得到的 •O
脉冲宽度非常接近
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•T•c •u•c •A •D
•B
•t•A •t•D •t•B
•u•r •t
d
d
•2
•2
d•'
d
d•'
•t
•规则采样法
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•5.2.5 SPWM控制的实现方法
• 脉冲数n足够大时， SPWM逆变器输出脉冲序列 的基波电压正是调制时所要求的等效正弦波。
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•5.2.3 脉宽调制的制约条件
•1. 开关频率限制
– 开关频率越高，SPWM波形的脉冲数越多，其 基波越接近期望的正弦波。
– 电力电子器件的开关能力是有限的，因此在应 用脉宽调制技术时必然要受到一定条件的制约
• 规则采样法
– 工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量 比自然采样法小得多
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•5.2.5 SPWM控制的实现方法
• 取三角波两个正峰值之 •u
间为一个采样周期Tc
•O
• 使脉冲中点 和三角波
一周期的中点（即负峰 点）重合，每个脉冲的 •u•o
中点都以相应的三角波 •O
• 分段同步调制
– 把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段， 每个频段内保持N恒定，不同频段的N不同。
– 在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过 高，限制功率开关器件允许的范围。
– 在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过 低而对负载产生不利影响。
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•5.2.5 SPWM控制的实现方法
• 设正弦调制信号波为
• 式中， a称为调制度，0≤a<1； wr为信号波角频 率，
• 因此可得
• 三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度δ’为
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•5.2.5 SPWM控制的实现方法
• 三相桥逆变电路应形成三相SPWM波形，三相的三角波载 波共用，三相正弦调制波相位依次差120°