逆变器调制方法

PWM调制的基本思想
1）重要理论基础——面积等效 面积等效 原理
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的 冲量 环节上时，其效果基本相同 效果基本相同。 效果基本相同 冲量
f (t) f (t)
窄脉冲的面积
f (t) f (t) δ (t)
O
t t O t O c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数 a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 t O
?
u O u UN'
U d 2 U d 2 Ud 2 Ud 2 Ud 2
? t
O
? t
u VN' O
?
? t
u WN'
O
? t
u UV Ud O -Ud u UN O
2Ud 3 Ud 3? t? t三相桥式PWM逆变电路波形
三相桥式PWM型逆变电路
PWM调制方法的实现
u rU u u rV uc u rW
输出线电压PWM波由±Ud和0 波由± 输出线电压 波由 三种电平构成 负载相电压PWM波由 ±2/3)Ud、 波由(± 负载相电压 波由 (±1/3)Ud和0共5种电平组成。 种电平组成。 ± 共 种电平组成 防直通的死区时间
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。 死区时间会给输出的PWM波带 来影响，使其稍稍偏离正弦波。
O u UN'
U d 2 U d 2 Ud 2 Ud 2 Ud 2
? t
O
?
? t
u VN' O
?
? t
u WN'
O
? t
u UV Ud O -Ud u UN O
2Ud 3 Ud 3
? t
? t
三相桥式PWM逆变电路波形
三相桥式PWM型逆变电路
规则采样法
1）自然采样法：
按照SPWM控制的基本原理 产生的PWM波的方法，其求 解复杂，难以在实时控制中 在线计算，工程应用不多。
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 u of uo uo V2和V3关断信号。 Ud 如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和 VD4通， uo=Ud 。 O 当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给 -U d V1和V4关断信号。 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和 双极性PWM控制方式波形 VD3通，uo=-Ud 。
u uc ur
O
ωt
uo Ud
uo u of
O
ωt
表示uo的基波分量
-U d
单极性PWM控制方式波形
PWM调制方法的实现
3）双极性PWM控制方式（单相桥逆变） （单相桥逆变） 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
在ur的半个周期内，三角波载波有正有负， 所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud ± 两种电平。 同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻 控制器件的通断。
PWM调制方法的实现
三相桥逆变） 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°
三相桥式PWM型逆变电路
PWM调制方法的实现
u rU u rV uc u rW
下面以U相为例分析控制规律 控制规律： 控制规律
当urU>uc时，给V1导通信号， 给V4关断信号，uUN’=Ud/2。 。 当urU<uc时，给V4导通信号， 给V1关断信号，uUN’=-Ud/2。 。 当给V1(V4)加导通信号时，可 能是V1(V4)导通，也可能是 VD1(VD4)导通。 uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形 只有±Ud/2两种电平。 ± 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。 。
2 从图6-12得, 1+ a sinωrtD = δ /2 Tc / 2 Tc δ = (1+ asinωrtD) (6-6) 2
δ
2
δ
2
uo
δ'
δ
δ'
t
O
(6-7)
规则采样法
逆变器调制方法
• 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)。 • 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。
逆变器调制方法
• PWM调制的基本思想 • PWM调制方法的实现 • 规则采样法
Tc u uc A D B O tA tD tB t ur
δ
2
δ
2
2）规则采样法
工程实用方法，效果接近自 然采 样法，计算量小得多。
uo
δ'
δ
δ'
t
O
规则采样法
规则采样法
规则采样法原理 原理
Tc u uc A D B O tA tD tB t ur
三角波两个正峰值之间为一 个采样周期Tc 。 自然采样法中，脉冲中点不 和三角波(负峰点)重合。 规则采样法使两者重合，使 计算大为减化。 如图所示确定A、B点，在tA 和tB时刻控制开关器件的通 断。 脉冲宽度δ 和用自然采样法 得到的脉冲宽度非常接近。
δ
2
δ
2
uo
δ'
δ
δ'
t
O
规则采样法
规则采样法
规则采样法计算公式推导 正弦调制信号波
Tc u uc A D B O tA tD tB t ur
ur = asinωrt
a称为调制度 调制度，0≤a<1； 调制度
ωr为信号波角频率
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度
Tc 1 δ ' = (Tc −δ ) = (1− asinωrtD) 2 4
Ud O -U d
ωt
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。
U
d
O
-
ωt
U
d
PWM调制方法的实现
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。
PWM调制方法的实现
2）空间矢量调制方法
用在三相系统中 适合数字实现 这里不做详细介绍
6.2.1 计算法和调制法
3）单极性PWM控制方式（单相桥逆变） （单相桥逆变）
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。 ur 正半周 正半周，V1 保持通 ， 通 V2保持断。 断 当ur>uc 时使V4 通， V3断，uo=Ud 。 当ur<uc 时使V4 断， V3通，uo=0 。 ur 负半周 负半周，请自己分析。
PWM控制的基本思想
具体的实例说明 面积等效原理” “面积等效原理 面积等效原理
a）
b) 冲量相等的各种窄脉 冲的响应波形
PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲 等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 等幅不等宽的脉冲
u
SPWM波
ωt
u
O
>
O
> ωt
u
O
ωt
>
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：
O
ωt
ωt
PWM调制方法的实现
u uc ur
u ur uc
O uo uof
ωt
O
ωt
uo Ud O -Ud
uo Ud
u of
uo
ωt
O -Ud
ωt
单极性PWM控制方式波形
双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单 极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断 控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。