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。 机械电气工程学院电气教研室 2160 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。 ★
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 0)t a w t 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敏研 电力电子技术
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 f()1 6(④ t O 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： 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宝 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 r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(04 f(@ f04 f04 6(0 a b) i(t 图7-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 a) b) 机械电气工程学院电气教研蜜 图7-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 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 Vim sinωti △t期间 △t 正弦波 > 电压 正弦等效 窄脉冲 序列 ωt 机械电先王程学院电表际 w t 电力电子技术
6 冲量等效原理 i i V m sint 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 sint 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 > ★
VD U 基于冲量等效原理的直接SPWM VD v(t)↑ v(t)=Vim sinat =[coso(K-1r。-cos@KT,] ②③④5) 2 13π15π 17π 0 10110 110 10 10 (a 2sin@Ts) 2 ① 3 4 5 Dk= Ts Os @T sin k 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) Vim =M OT .Vp 输出电压基波与M成正比： 2 sin( OTs) 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 sint = 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 sint = 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 KT K T m KT 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：
子 SVod-VMt-Sssinold:At-S 0。=-a.=oJsn0d v(t)↑ v(t)=Vim sin@t ②③ 45) 2π 0 π 3n 5 7π 6 10 10 10 10 10 Vab(ty (a ②③ 5 色NN Va (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。 ∫yo·dt='n·△tn=∫sin tdt Vab(t) i(t) 0m=0:△tm=0·7 机械电气工程学院电气表研室 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 △期间 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 sint 1 △t期间 △t Vd