石河子大学：《电力电子技术》课程教学课件（讲稿）第7章 PWM控制技术

第7章PWM控制技术 7.1PWM控制的基本原理 7.2PWM逆变电路及其控制方法 7.3PWM跟踪控制技术 7.4PWM整流电路及其控制方法 机械电气工程学院电气教研室 电力电子技术

第7章 PWM控制技术 7.1 PWM控制的基本原理 7.2 PWM逆变电路及其控制方法 7.3 PWM跟踪控制技术 7.4 PWM整流电路及其控制方法

引言 ■PWM(Pulse Width Modulation)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）。 ■第5章的直流新波电路实际上采用的就是PWM技术，第6 章中涉及到PWM控制技术的地方有两处，一处是第6.1 节中的斩控式交流调压电路，另一处是第6.4节矩阵式变 频电路。 ■PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电 路的影响也最为深刻，现在大量应用的逆变电路中，绝 大部分都是PWM型逆变电路。 机械电气工程学院电气教研室 2/60 电力电子技术

2/60 引言 ■PWM（Pulse Width Modulation）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）。 ■第5章的直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，第6 章中涉及到PWM控制技术的地方有两处，一处是第6.1 节中的斩控式交流调压电路，另一处是第6.4节矩阵式变 频电路。 ■PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电 路的影响也最为深刻，现在大量应用的逆变电路中，绝 大部分都是PWM型逆变电路。 ★

丛 1.PWM控制的基本原理 Φ如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 SPWM波 ωt PWM波形可分为等幅 PWM波和不等幅PWM b) 波两种. 机械电气工程学院电气教研 电力电子技术 0

O u ωt > SPWM波 O u ωt > 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 O u ωt > 1. PWM控制的基本原理 PWM波形可分为等幅 PWM波和不等幅PWM 波两种

★1.PWM控制的基本原理 面积等效原理 形状不同而冲量相等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 fO f f⑩十 6 a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲)单位脉冲函数 图： 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 机械电气工程学院电气教研室 电力电子技术

形状不同而冲量相等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 图： 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 d)单位脉冲函数 f (t) d (t) O t a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 O t O t O t f (t) f (t) f (t) 1. PWM控制的基本原理 面积等效原理 ★

7.1PWM控制的基本原理 ■面积等效原理 ◆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， 设其电流为电路的输出，图7-2b给出了不同窄脉冲时)的响应波形。 f© f04 f(04 6() b) i(D i(t) 图7-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 a) b) 图7-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 机械电气工程学院电气教研室 电力电子技术

7.1 PWM控制的基本原理 ■面积等效原理 ◆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i(t)为电路的输出，图7-2b给出了不同窄脉冲时i(t)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

冲量等效原理 ★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（面积）， 即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。换而言之，无论冲量的表现形式如 何，只要是冲量等效的脉冲作用在惯性系统上，惯性系统的输出或响应是基本相 同的。 正弦电流 正弦电流 △期间 △t 正弦波 电压 正弦等效 窄脉冲 序列 机械电气工程学院电气教研室 电力电子技术 6

6 冲量等效原理 i i V m sint 1 △t期间 △t Vd   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（面积）， 即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。换而言之，无论冲量的表现形式如 何，只要是冲量等效的脉冲作用在惯性系统上，惯性系统的输出或响应是基本相 同的。 正弦波 电压 i i V m sint 1 △t期间 △t Vd   正弦电流 正弦等效 窄脉冲 序列 正弦电流 O u ωt O > u ωt > ★

基于冲量等效原理的直接SPWM VD v(t) v(t)=Vim sinat a( msin(or)dh Vim[coso(K-1Ts-cos@KT;] ①②④⑤ 21 0 π3n57π 9n 101101010 10 (a) Tk 2sin(@Ts) 2 4 Dk= Ts Vo OT, sinak M:调制比 Dx按正弦规律变化，故脉冲面 积按正弦规律变化 (b) Im ,=M OTy .V 输出电压基波与M成正比： D 2sin(@Ts) 机械电气工程学院电 电力电子技术 7

7 基于冲量等效原理的直接SPWM v(t) V m sint  1 0  t  4 5   2 1  2  3 7  8 9  2 10   t Vd Vd v (t) ab (b) v(t) 10 3 1 2 4 5 10 6 7 8 9 10 5 10 7 10 9 2 1 0 (a) (a)正弦电压 (b)SPWM等效电压 3 1 2 3 4 5 v(t) V m sint  1 0  t  4  5  2 1  2  3 7 8 9  2 10   t Vd Vd v (t) ab (b) v(t) 10 3 1 2 4 5 10 6 7 8 9 10 5 10 7 10 9 2 1 0 (a) (a)正弦电压 (b)SPWM等效电压 3 1 2 3 4 5                               S S S m S S m K T K T m K T K T D K a b T KT T V K T KT V V T v t dt V t dt S S S S 2 1 sin 2 1 2sin cos 1 cos ( ) sin( ) 1 1 ( 1) 1 ( 1)         K s S D m S K S K K T T V V T T D      sin ) 2 1 2sin( 1      αK DK 按正弦规律变化，故脉冲面 积按正弦规律变化 M：调制比 D S s m V T T V  M   ) 2 1 2sin( 1   输出电压基波与M成正比：

∫yodh=o·Atn=∫Vsintdt:: tdt ★ 0=o.=0Jsn0d v(t) v(t)=Vim sinat 1②③④5)π 2兀 0 π31 6 10110 (a) ④ ⑤ @t v a (b) 8/60 (a)正弦电压 (b)SPWM等效电压

8/60 v ( t ) V m sin t  1 0  t  4  5 2 1  2  3 7 8 9  2  10  t Vd Vd v (t) ab ( b ) v(t) 103 1 2 4 5 10 6 7 8 9 105 107 109  2  1 0 (a) (a)正弦电压 ( b )SPWM等效电压 3 1 2 3 4 5 1 1 1 1 sin ; sin 1 sin D D m m m m D m m m D V dt V t V tdt t V tdt V t V tdt V                       ★

获取PWM波形的两种方法 1)计算法 Φ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。 Φ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。 ∫Vodt='△tn=∫sin otdt Vab(t) i(t) m=0:Atn=0· 机械电气工程学配电气表研室 ∫sino td 电力电子技术

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。 获取PWM波形的两种方法 vab(t) i(t) 1 1 1 sin 1 sin 1 sin D D m m m m D m m m D V dt V t V tdt t V tdt V t V tdt V                      

PWM(Pulse Width Modulation)-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）。 f0 f(O f0)4 f0)4 60 b d △期间 t 机械电气工程学院电气教研室 10/60 电力电子技术

PWM (Pulse Width Modulation)-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)。 10/60 i i V m sint 1 △t期间 △t Vd  