单相全桥逆变器控制技术基础 ppt课件

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SPWM控制
■在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功 u 率开关器件的通断，这种生成SPWM波形的
方法称为自然采样法。
■规则采样法
◆是一种应用较广的工程实用方法，其效
果接近自然采样法，但计算量却比自然采样 O
法小得多。
◆方法说明
☞取三角波两个正峰值之间为一个采样
周期Tc，使每个脉冲的中点都以相应的三角 波中点（即负峰点）为对称。
◆对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到 PWM波形。
◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM波形，也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
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SPWM控制
SPWM实现 ■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。
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SPWM控制
■用PWM波代替正弦半波
◆将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度为 /N，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的 脉冲序列组成的。
◆把上述脉冲序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，这就是PWM波形。
☞和'的确定 设正弦调制信号波为
ur asiw nrt
式中，a称为调制度，0≤a<1；wr为正弦信 号波角频率，从图中可得如下关系式
1asinwrtD 2
/2
Tc /2
因此可得
1 Si 0
V1,V 2导通时 V 3,V 4导通时
(1 02 ') /Tc
T2c (1asinwrtD)
uABUd(2Si 1)
Ud[2(102')/Tc 1] UdasinwrtD
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滞环控制
■滞环比较方式有单极性滞环控制 和双极性滞环跟踪控制，变环宽滞 i 环控制等三种。
i i*
i* +D I
◆滞环控制也分为电流型和电压 O
型两种，电流滞环跟踪控制应用最 多。
◆电流滞环跟踪控制原理：电流 基准信号i*与电感电流i进行比较得 到电流误差信号i*-i,电流误差信号 经过滞环比较器生成开关管的控制 信号,从而控制变换器输出电流的 变化趋势,使其纹波始终处在设定 的正负环宽内,以达到准确跟踪基 准电流的目标。
在电流的正半周，V1始终导通
u
uc ur
O
wt
uo
uo
Ud
uof
O
wt
-Ud
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SPWM控制
u O
uo Ud O -Ud
ur uc
u of
uo
◆双极性PWM控制方式 ☞在调制信号ur和载波信号uc的交点时 刻控制各开关器件的通断。 w t ☞在ur的半个周期内，三角波载波有正 有负，所得的PWM波也是有正有负， 在ur的一个周期内，输出的PWM波只有 ±Ud两种电平。 w t ☞在ur的正负半周，对各开关器件的控 制规律相同。
√滞环环宽H固定不变,当输出电压Ug变化时,逆变电源的开关频率f 也会随之变化,开关频率的不固定增加了逆变器输出滤波电路的 设计难度。
√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。
单相全桥逆变器控制技术基础
目录
1. SPWM控制 2.滞环控制 3. 电压电流双闭环控制 4.PID
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SPWM控制
单相全桥逆变器拓扑结构
逆变器的两种调制技术
SPWM
开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。和 滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐 波少。
滞环控制
◆计算法是很繁琐的，当需要输出的正弦波的频率、幅 值或相位变化时，结果都要变化。
■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，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。 ◆通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三
角波应用最多。
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SPWM控制
◆单极性PWM控制方式
☞调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半 周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性 的三角波。
t i* -D I
滞环控制
单极性滞环控制
◆当电感电流i大于电流基准信
号i*，且大于环宽H时，此时导通
S2、S3，逆变器桥臂间的输出电 压为-Ud，滤波电感承受负电压， 电感电流下降;
◆当电感电流i小于电流基准信
号i*，且小于环宽-H时，此时导通
S1、S4，逆变器桥臂间的输出电 压为Ud，滤波电感承受正电压， 电感电流上升。
滞环调制采用瞬时值比较方式，虽存在开关频率不固定的 缺点使滤波器设计困难(可设计可变环宽控制策略使开关频率固 定;
但它具有自动峰值限制能力，电流跟踪精度高、动态响应快、 不依赖负载参数和无条件稳定等优点。
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SPWM控制
■面积等效原理
◆是PWM(脉冲宽度调制)控制技术的重要理论基础。 ◆原理内容：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。 ☞如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略 有差异。
当处于电网电压负半周时， 可作类似分析， 逆变器桥臂间的 输出电压为-Ud 和 0。
滞环控制
•
根据电流在一个周期内增加的数值和减少的数值近似相等
的原理，可以推导出逆变器开关管的瞬时频率为：
☞传统滞环控制的优缺点：
√滞环电流控制的优点就是控制简单,系统的响应速度快,可以实时 跟踪参考电流的变化,且对负载和电路参数的变化不敏感。
uo
☞在三角波的负峰时刻tD对正弦信号波 采样而得到D点，过D点作一水平直线和三
角波分别交于A点和B点，在A点时刻tA和B
O
点时刻tB控制功率开关器件的通断。
☞可以看出，用这种规则采样法得到的
脉冲宽度和用自然采样法得到的脉冲宽度
非常接近。
Tc
uc A D
ur
B
tA tD tB
t
22
'
பைடு நூலகம்
'
t
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SPWM控制
滞环控制
在电流的正半周，S1始终导通 双极性滞环控制
◆当电感电流i小于电流基准
信号i*，且小于环宽-H时，此时导
通S4，逆变器桥臂间的输出电压 为Ud，滤波电感承受正电压，电 感电流上升。
◆当电感电流i大于电流基准
信号i*，且大于环宽H时，此时导
通S2，逆变器桥臂间的输出电压 为0，滤波电感承受负电压，电感 电流下降;