PWM控制原理
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种电平。
图6－4 单相桥式PWM逆变电 路
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
15
一. 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
目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。
逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。
本节内容构成了本章的主体。
PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前 实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
11
第二节 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
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。
负和V载4导电通流时为，正u的o等区于间U，d 。V1
图6－4 单相桥式PWM逆变电路
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
14
一. 计算法和调制法
u
SPWM波 u
O
ω> t
O
ω> t
u
O
ω> t
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
6
第一节 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
uu
SPWM波 u
OO
ωω>>tt
O
ω> t
u
O
ω> t
若要改变等效输出正弦 波幅值，按同一比例改 变各脉冲宽度即可。
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
等幅PWM波
输入电源是恒定直流
第3章的直流斩波电路 6.2节的PWM逆变电路 6.4节的PWM整流电路
不等幅PWM波
输入电源是交流或不是 恒定的直流
4.1节的斩控式交流调压电路 4.4节的矩阵式变频电路
Ud O - Ud
U wt o
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ωt
9
第一节 PWM控制的基本思想
第六章 PWM控制技术
引言
第一节 PWM控制的基本原理 第二节 PWM逆变电路及其控制方法 第三节 PWM跟踪控制技术 第四节 PWM整流电路及其控制方法
本章小结
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
1
第六章 PWM控制技术• 引言
•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)。
2.调制法
V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0
际负上载i电o从流V为D1和负V的D区4流间过，，仍V1有和Vuo4=仍U导d 。通，io为负，实 VV43关 和断VDV1续3开流通，后u，o=0i。o从 uo总可得到Ud和零两种
电平。
uo负半周，让V2保持通， V通1保断持，断uo，可V得3和-UVd和4交零替两
通，uo=0 。
uo
uo
ur负半周，请同学们自
Ud
uof
己分析。
O
wt
表示uo的基波分量
-Ud
图6-5
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
单极性PWM控制方式波形
16
计算法和调制法
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。 3.双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
在ur的半个周期内，三角波载波有正有负， 所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两
2.PWM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:
20V
0V -20V
0s
5ms
10ms
15ms
20ms
25ms
30ms
所需波形 等效的PWM波
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10
第二节 PWM逆变电路及其控制方法
• PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定 了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变 电路都采用了PWM技术，因此，本章和第5章（逆变电路） 相结合，才能使我们对逆变电路有完整地认识。
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
3
第一节 PWM控制的基本思想
1.重要理论基础——面积等效原理
7
第一节 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，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：
Ud
O
wt
-U d
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。
Ud
O -Ud
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wt
8
第一节 PWM控制的基本思想
4
第一节 PWM控制的基本思想
具体的实例说明 “面积等效原理”
a）
b)
图6-2 冲量相等的各 种窄脉冲的响应波形
u (t)－电压窄脉冲，
是电路的输入 。
i (t)－输出电流，
是电路的响应。
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5
第一节 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
• 第三、四章已涉及到PWM控制，第三章直流斩 波电路采用的就PWM技术；第四章的第一节斩 控式调压电路和第四节矩阵式变频电路都涉 及到了。
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2
第六章 PWM控制技术• 引言
• PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现 PWM控制变得十分容易。
• PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提 高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地 位。
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
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
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12ຫໍສະໝຸດ Baidu
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。
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2.调制法
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明
图6－4 单相桥式PWM逆变电 路
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15
一. 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
目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。
逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。
本节内容构成了本章的主体。
PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前 实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。
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11
第二节 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
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。
负和V载4导电通流时为，正u的o等区于间U，d 。V1
图6－4 单相桥式PWM逆变电路
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14
一. 计算法和调制法
u
SPWM波 u
O
ω> t
O
ω> t
u
O
ω> t
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
6
第一节 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
uu
SPWM波 u
OO
ωω>>tt
O
ω> t
u
O
ω> t
若要改变等效输出正弦 波幅值，按同一比例改 变各脉冲宽度即可。
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等幅PWM波
输入电源是恒定直流
第3章的直流斩波电路 6.2节的PWM逆变电路 6.4节的PWM整流电路
不等幅PWM波
输入电源是交流或不是 恒定的直流
4.1节的斩控式交流调压电路 4.4节的矩阵式变频电路
Ud O - Ud
U wt o
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ωt
9
第一节 PWM控制的基本思想
第六章 PWM控制技术
引言
第一节 PWM控制的基本原理 第二节 PWM逆变电路及其控制方法 第三节 PWM跟踪控制技术 第四节 PWM整流电路及其控制方法
本章小结
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1
第六章 PWM控制技术• 引言
•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)。
2.调制法
V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0
际负上载i电o从流V为D1和负V的D区4流间过，，仍V1有和Vuo4=仍U导d 。通，io为负，实 VV43关 和断VDV1续3开流通，后u，o=0i。o从 uo总可得到Ud和零两种
电平。
uo负半周，让V2保持通， V通1保断持，断uo，可V得3和-UVd和4交零替两
通，uo=0 。
uo
uo
ur负半周，请同学们自
Ud
uof
己分析。
O
wt
表示uo的基波分量
-Ud
图6-5
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
单极性PWM控制方式波形
16
计算法和调制法
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。 3.双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
在ur的半个周期内，三角波载波有正有负， 所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两
2.PWM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:
20V
0V -20V
0s
5ms
10ms
15ms
20ms
25ms
30ms
所需波形 等效的PWM波
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10
第二节 PWM逆变电路及其控制方法
• PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定 了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变 电路都采用了PWM技术，因此，本章和第5章（逆变电路） 相结合，才能使我们对逆变电路有完整地认识。
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
3
第一节 PWM控制的基本思想
1.重要理论基础——面积等效原理
7
第一节 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，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：
Ud
O
wt
-U d
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。
Ud
O -Ud
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
wt
8
第一节 PWM控制的基本思想
4
第一节 PWM控制的基本思想
具体的实例说明 “面积等效原理”
a）
b)
图6-2 冲量相等的各 种窄脉冲的响应波形
u (t)－电压窄脉冲，
是电路的输入 。
i (t)－输出电流，
是电路的响应。
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5
第一节 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
• 第三、四章已涉及到PWM控制，第三章直流斩 波电路采用的就PWM技术；第四章的第一节斩 控式调压电路和第四节矩阵式变频电路都涉 及到了。
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
2
第六章 PWM控制技术• 引言
• PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现 PWM控制变得十分容易。
• PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提 高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地 位。
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
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
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12ຫໍສະໝຸດ Baidu
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。
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
13
2.调制法
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明