第6章 PWM控制技术
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术1．试说明PWM 控制的基本原理。
答：PWM 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）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：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。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲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，就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。
PWM控制原理(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，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3、4章已涉及这方面内容:第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM 整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：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。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
第6章 PWM控制技术
6-22
10、换流（换相）方式的分类。 11、单相半桥电压型逆变电路的电路图，波形，及工作原理。 12、单相全桥电压型逆变电路的电路图，波形，及工作原理。（非移相调压 方式）。 13、单相桥式电流型逆变电路的电路图，及其对负载的要求。 14、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中 没有反馈二极管？ 15、PWM控制的基本原理。 16、同步调制，异步调制、分段同步调制的原理。
uo总可得到Ud和零两 种电平。
uo负半周，让V2保持 通，V1 ，V4保持断， 只控制V3。uo可得-Ud 和零两种电平。
图6－4 单相桥式PWM逆变电路
6-11
6.2.1 计算法和调制法
(2）调制原理
设调制信号ur为正弦波；载波信号uc为三角波。 利用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。
和单极性PWM控制方式对应，也是 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
在ur的半个周期内，三角波载波不再是单 极性，而是有正有负，所得PWM波也有 正有负，其幅值只有±Ud两种电平。
u ur uc
ur正负半周，对各开关器件的控制规律相 同。
当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2 和V3关断信号。 如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和V3导通信号，给V1 和V4关断信号。 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和 VD3通，uo=-Ud 。
6-14
6.2.1 计算法和调制法
4）双极性PWM控制方式（三相桥逆变）
三相的PWM控制 公用三角波载波uc 三相的调制信号urU、 urV和urW依次相差 120°
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
第6章PWM技术
由电机学，三相对称正 弦供电时: 总向量恒幅恒速旋转 (电)角速度：w 2f s 代表空间正弦分布且圆 转磁场，u s、es、is 是引用量
26
• 三相交流的空间向量
n=0:15;x=2*pi*n/16;a=2*pi/3;
v=cos(x)+cos(x+a)*exp(j*a) +cos(x-a)*exp(-j*a); plot(v)
16
除计算法和调制法外，还有 空间向量法 跟踪控制方法
17
6.2.2 异步调制和同步调制
载波比N = fc / fo----模拟uo一个周波的脉冲数 1） 异步调制----fc不变， N随fo变 载波与调制波不同步 N常≠整数 对称性差。 当fo较低时，N大------低频性能好。
当fo增高时，N小------高频差
u
ω1
u2Tc
32
空间矢量磁链控制 SVPWM
其它区域也有相应控制规则
SVPWM用电压向量u控制Ψ 沿折线围线,并走走停停逼近圆 开关频率越高,线元usTc越短 Ψ圆越准
33
空间矢量磁链控制 SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
34
SVPWM波形特点
31
空间矢量磁链控制 SVPWM
--仿闭环控制算法 控制方程ΔΨs “=” usTc 按Ψ转向超前90度建u参考轴 u2 用u轴前后电压向量控制Ψ 例如图 矢量 作用 应用条件 u1 u1 正转增幅 Ψ滞后欠幅 u2 正转减幅 滞后超幅 u7,8 停转等待 超前 Ψ 例:Ψ滞后欠幅,用u1 u1Tc Ψ滞后超幅,用u2 Ψ超前,用u7,8 注”相邻原则”:u1u8; u2u7;可减少开关动作
pwm直流电机控制原理
pwm直流电机控制原理
PWM（脉宽调制）是一种控制技术，可以用于控制直流电机的转速和方向。
它通过改变信号的脉冲宽度来控制电机驱动电压的大小。
在PWM控制中，周期性地产生一个固定频率的方波信号，即PWM信号。
这个信号的高电平时间（脉冲宽度）可以根据需要进行调整。
脉冲宽度越长，电机接收到的驱动电压就越高，转速也会相应增加。
脉冲宽度越短，则驱动电压越低，转速也会减小。
PWM信号的周期必须远远小于电机的机械响应时间，以确保控制的稳定性。
频率一般设定在几千赫兹到几十千赫兹之间，以避免电机产生噪音。
脉冲宽度的调整则通过改变占空比（高电平时间与周期的比值）来实现。
在具体的实现中，通常使用微控制器或专用的PWM控制器来产生PWM信号。
通过改变占空比的值，控制电机的转速。
例如，当占空比为50%时，电机接收到的驱动电压为平均值的一半，电机转速为额定转速的一半；当占空比为100%时，电机接收到的驱动电压为最大值，电机转速为最大转速。
为了实现方向控制，可以使用H桥电路。
H桥电路可以控制电流的方向，从而改变电机的转向。
通过控制H桥的开关状态，可以将电机正反转。
综上所述，PWM控制技术通过改变信号的脉冲宽度来控制直
流电机的转速和方向。
通过微调占空比的值，可以精确控制电机的转速，并利用H桥电路控制电机的转向。
电力电子技术(第四版)课后答案
第5章逆变电路5.l.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同?答:两种电路的不同主要是:有源逆变电路的交流侧接电阿,即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
5.2.换流方式各有那儿种?各有什么特点?答:换流方式有4种:器件换流:利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流:由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流:由负载提供换流电压,当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,可实现负载换流。
强迫换流:设置附加换流电路,给欲关断的晶闸管强追施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现,也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流,根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
5.3.什么是电压型逆变电路?什么是电流型逆变电路?二者各有什么特点？答:按照逆变电路直流测电源性质分类,直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路,直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要持点是:①直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是:①直流侧串联有大电感,相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动,直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径,因此交流侧输出电流为矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流测电惑起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不反向,因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
电力电子技术【王兆安第五版】第6章PWM控制补充技术PPT课件
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法
引言 6.4.1 180o导通模式下的逆变器电压空间矢量 6.4.2 三相对称交流量空间矢量定义 6.4.3 电机磁链空间矢量与电压矢量的关系 6.4.4 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 6.4.5 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制 小结 本节习题
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
如果定义电压空间矢量 U s 为：
为何有此 定义？
U s2 3(U U NU V Nej2 3U W Nej4 3)
则根据前述六拍阶梯波工作模式下的6种工作状态， 可以分别推导得出6个电压空间矢量： Us1, Us2, Us3, Us4, Us5和Us6； Us7和Us8幅值为零，称为零电压矢量，简称零矢量
☺如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，
按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应 该更好。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，接下来 的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间 矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM， Space Vector PWM）控制”。这是一种在80年代提出， 现在得到广泛应用的三相逆变器PWM控制方法。
开关状态表
序号
开关状态
1 VT6 VT1 VT2
2
VT1 VT2 VT3
2
VT2 VT3 VT4
4
VT3 VT4 VT5
5
VT4 VT5 VT6
6
VT5 VT6 VT1
7
VT2 VT4 VT6
8
VT1 VT3 VT5
开关代码 100 110 010 011 001 101 000 111
开关代码：表示三相桥臂输出状态； 1—上管导通，下管关断，桥臂输出高电平 0—下管导通，上管关断，桥臂输出低电平
电力电子习题(木答案)
《电力电子技术》教学内容及要求绪论掌握电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史了解电力电子技术的应用范围了解电力电子技术的发展前景了解本课程的内容、任务与要求第1章电力电子器件掌握各种二极管重点掌握半控型器件：晶闸管重点掌握典型全控型器件：GTO、电力MOSFET、IGBT、BJT了解IGCT、MCT、SIT、STIH等其他电力电子器件掌握电力电子器件的驱动电路了解功率集成电路和智能功率模块掌握电力电子器件的保护掌握电力电子器件的串并联第2章整流电路掌握单相可控整流电路重点掌握三相可控整流电路掌握变压器漏抗对整流电路的影响掌握电容滤波的二极管整流电路掌握整流电路的谐波和功率因数了解大功率整流电路掌握整流电路的有源逆变工作状态了解晶闸管直流电动机系统掌握相位控制电路第3章直流斩波电路重点掌握降压斩波电路重点掌握升压斩波电路掌握升降压斩波电路掌握复合斩波电路了解多相多重斩波电路第4章交流—交流电力变换电路重点掌握单相相控式交流调压电路掌握三相相控式交流调压电路掌握交流调功电路了解交流电子开关掌握单相输出交—交变频电路了解三相输出交—交变频电路了解矩阵式变频电路第5章逆变电路掌握换流方式重点掌握电压型逆变电路掌握电流型逆变电路掌握多重逆变电路和多电平逆变电路第6章脉宽调制（PWM）技术重点掌握PWM控制的基本原理掌握PWM逆变电路的控制方式掌握PWM波形的生成方法了解PWM逆变电路的谐波分析了解跟踪型PWM控制技术了解PWM整流电路及其控制方法第7章软开关技术了解软开关的基本概念掌握软开关技术的分类掌握各种软开关电路的原理及应用第8章组合变流电路掌握间接交流变流电路交—直—交变频电路（VVVF）恒压恒频变流电路（CVCF）掌握间接直流变流电路（间接DC/DC变换器）开关电源结束语了解电力电子技术的发展趋势第一章电力电子器件填空题：1.电力电子器件一般工作在________状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。
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式中n=1,3,5,…
确定 a1 的值 , 再令两个不同的 an=0, 就可建三个方程 , 求
得a1,a2和a3
30
消去两种特定频率的谐波 在三相对称电路的线电压中 ,相电压所含的3次谐波 相互抵消,可考虑消去5次和7次谐波,得如下联立方程:
a1 a5 2U d (1 2 cos 51 2 cos 5 2 2 cos 5 3 ) 0 (1 2 cos 71 2 cos 7 2 2 cos 7 3 ) 0
19
V1 Ud + V2 ur uc
VD1 R VD2 uo
V3 L V4
VD3
u
VD4
ur uc
信号波 载波
调制 电路
O
t
图6-4 , 给 V 和 V 关断信号， 当ur >uc时,给V1和V4导通信号 2 3
如io>0,V1和V4通,如io<0,VD1和VD4 通,uo=Ud 当ur<uc时,给V2和V3导通信号,给V1和V4关断信号,如 io<0,V2和V3通,如io>0,VD2和VD3通,uo=-Ud
f (t) f (t) f ( t) f (t)
(t)
O
4
a)
t O
b)
t O 图6-1
c)
t O
t d)
一个实例:图6-2a的电路
电路输入:u(t),窄脉冲,如图6-1a,b,c,d所示 电路输出:i(t),图6-2b
i(t) i(t) e(t) O a) 图6-2
5
d b
a c
t b)
O a 1 -Ud
图6-9
28
同时满足式 (6-1),(6-2)的波形称为四分之一周期对称
波形,用傅里叶级数表示为
u (t ) an 4
n n 1, 3, 5 ,
a
sin nt
式中,
2 0
u (t ) sin ntdt
29
如图6-9,能独立控制a1,a2和a3共3个时刻.该波形的an为
面积等效原理 : 用一系列等幅不 等宽的脉冲来代替一个正弦半波。 正弦半波 N 等分 , 可看成 N 个彼此
u a)
O u
t
相连的脉冲序列 ,宽度相等, 但幅
值不等； 用矩形脉冲代替 , 等幅 , 不等宽 , 中点重合,面积(冲量)相等； 宽度按正弦规律变化；
b)
O 图6-3
t
6
u
Ud 2
+
V1 C U
VD1 V3 VD4 V V6
VD3 V5 VD6 VW
2
VD5 N VD2
N'
Ud 2
+
C
V4
urU urV urW uc
调制 电路 图6-7
22
UV线电压 uUV 波形可由 uUN’-uVN’得出 ,当 1 和 6通时 ,uUV=Ud, 当 3 和4 通时 ,uUV= － Ud,当1和3或4和6通时,uUV=0 输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平构成 负载相电压PWM波由(±2/3)Ud,(±1/3)Ud和0共5种电平组成
Ud 2
+
V1 C U
VD1 V3 VD4 V V6
VD3 V5 VD6 VW
2
VD5 N VD2
N'
Ud 2
+
C
V4
urU urV urW uc
调制 电路 图6-7
23
u O
urU
urV
uc
urW
t
UUN=UUN’-(UUN’+UVN’+UWN’)/3
uUN'
O
Ud 2 Ud 2
t
uVN'
第6章
PWM控制技术
1
引言
PWM(Pulse Width Modulation) 控 制 技 术 :
即脉冲宽度调制技术,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)
2
本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广,应用的 逆变电路绝大部分是PWM型,PWM控制技术正是有
赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电
子技术中的重要地位,本章主要以逆变电路为控 制对象来介绍PWM控制技术
3
6.1
理论基础
PWM控制的基本原理
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 低频段非常接近,仅在高频段略有差异
SUSVSW 000 100 110 010 001 011 101 111 UUN’ -Ud/2 Ud/2 Ud/2 -Ud/2 -Ud/2 -Ud/2 Ud/2 Ud/2 UVN’ -Ud/2 -Ud/2 Ud/2 Ud/2 -Ud/2 Ud/2 -Ud/2 Ud/2 UWN’ -Ud/2 -Ud/2 -Ud/2 -Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2 UUN 0 2/3Ud 1/3 Ud -1/3 Ud -1/3 Ud -2/3 Ud 1/3 Ud 0 UVN 0 -1/3Ud 1/3 Ud 2/3 Ud -1/3 Ud 1/3 Ud -2/3 Ud 0 UVN 0 -1/3Ud -2/3 Ud -1/3 Ud 2/3 Ud 1/3 Ud 1/3 Ud 0
13
V1 Ud + V2
VD1 R uo VD2
V3 L V4
VD3
VD4
信号波 载波
ur uc
调制 电路 图6-4
负载电流为负的区间, V1和V4 导通 ,io 为负 , 实际上 io 从 VD1
V1 Ud + V2
VD1 R uo VD2
V3 L V4
VD3
和VD4流过,仍有uo=Ud
V4 关断 V3 开通后 ,io 从 V3 和 VD1 续流,uo=0 uo总可得到Ud和零两种电平
an
2 Ud 4 1 U d sin n t d t ( 1 2 sin nt )dt 0 2 3 U
d
2
2
sin ntdt 2 (
3
Ud sin nt )dt 2
2U d (1 2 cos n1 2 cos n 2 2 cos n 3 ) n
t
-Ud
当ur>uc时使V3断,V4通,uo=0
Ud +
V1
图6-5 VD1
V3 L uo V4
VD3
虚线uof表示uo的基波分量
信号波 载波 ur uc
R V2 VD2
VD4
调制 电路 图6-4
18
u
ur
uc
V1 Ud + V2 ur uc
VD1 R VD2 uo
V3 L V4
VD3
O
t
O
Ud 2
Ud 2 Ud 2
t
uWN'
O
uUV
O uUN O
Ud 2
t
Ud
t
-U d
2Ud 3 Ud 3
t
图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形
24
防直通死区时间
同一相上下两臂的驱动信号互补 , 为防止上下臂 直通而造成短路 , 留一小段上下臂都施加关断信 号的死区时间 死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定
信号波 载波 ur uc
VD4
调制 电路 图6-4
14
同样， uo 负半周期间 , 让 V2 保持通 ,V1 保持断 ,V3 和 V4 交替通断 ,uo 可得 -Ud 和零两种电平。 不 管 Uo 是 正 半 周 还 是
信号波 载波 ur uc 调制 电路 图6-4 Ud + V2 VD2 V1 VD1 R uo V3 L V4 VD4 VD3
u(t ) u(t )
uo Ud a2 a3 2 t
(6 1)
O a 1 -Ud
图6-9
27
其次 , 为消除谐波中余弦项 , 应使波形在正半周期内前
后1/4周期以π/2为轴线对称
u(t ) u( t )
uo Ud a2 a3 2 t
(6 2)
8
6.2.1
计算法
计算法和调制法
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 计算法繁琐 ,当输出正弦波的频率 ,幅值或相位 变化时,结果都要变化
9
调制法 输出波形作调制信号,进行调制得到期望的PWM波 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波 : 等腰三角 波应用最多 , 其任一点水平宽度和高度成线性关系 且左右对称
V1 Ud + V2 ur uc
当ur>uc时使V4通,V3断,uo=Ud 当ur<uc时使V4断,V3通,uo=0
信号波 载波
VD1 R VD2 uo
V3 L V4
VD3
VD4
调制 电路 图6-4
17
u
uc
ur
O
t
uo uo f
ur负半周,V1保持断,V2保持通
uo Ud
O
当ur<uc时使V3通,V4断,uo=-Ud
2
VD5 N VD2
N'
Ud 2
+
C
V4
urU urV urW uc