PWM逆变电路及其控制方法(ppt 61页)
合集下载
第7章 PWM控制技术
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
■计算法和调制法
◆单相桥式PWM逆变电路（调制法）
在负载电流为正的区间，V1和V4导通时，负载 电压 uo 等于直流电压 Ud ；V4关断时，负载电流通 过V1和VD3续流，uo = 0。 在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时， 因 io 为负，故io实际上从VD1和VD4流过，此时仍有 uo = Ud。V4关断，V3开通后， io 从V3和VD1续流， uo = 0。这样，uo 总可以得到 Ud 和零两种电平。
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
■双极性PWM控制方法
u uc ur
0
π 2π
ωt
uo
Ud
uof
uo
0
ωt
–U d
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
■双极性PWM控制方法
同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制 各开关器件的通断。在ur的半个周期内，三角波载波 有正有负，所得的PWM波也有正有负；在ur的一个 周期内，输出的PWM波只有±Ud两种电平。 在ur的正、负半周，对各开关器件的控制规律相 同。当ur > uc 时使V1和V4导通，V2和V3关断，此时 若io为正，则V1和V4导通，若io为负，则VD1和VD4 导通，uo= Ud ；当 ur < uc时，使V1和V4关断，V2和 V3导通，若io为负，则V2和V3导通，若io为正，则 VD2和VD3导通， uo = -Ud 。
■三相桥式PWM逆变电路
采用双极性控制方式。U、V、W三相的PWM 控制通常公用一个三角波载波uc，三相的调制信号 urU、urV和urW，且依次相差120°。 U、V、W三相 功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例说明。 当urU > uc 时，上桥臂V1导通，下桥臂V4关断， 则U相相对于直流电源假想中点N'的输出电压uUN' 为 Ud/2；当urU < uc时，上桥臂V1关断， 下桥臂V4导通， 则uUN' = -Ud/2 。 V1和V4的驱动信号始终是互补的。
逆变电路spwm调制PPT课件
图7.25 电流滞环跟踪控制的逆变电路
第33页/共49页
跟踪控制技术
• 2) 采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点 • ① 硬件电路简单，属于闭环控制。 • ② 系统具有较高的稳定性。 • ③ 具有快速的瞬态响应。 • ④ 电流型半桥电路容易产生失控。电流脉宽不等固然可以维持电感端压的伏秒值平衡，但却会导致电容电
第24页/共49页
控制的基本原理
1. PWM的基本原理
• 在采样控制理论中的一个重要的 结论，就是当在一个惯性环节的 输入端施加面积相同但形状不同 的脉冲信号时，该环节的输出响 应中，低频段特性非常接近，仅 在高频段略有差异。而且输入信 号的脉冲越窄，输出响应的差别 越小。
• 图7.18(b)所示的等幅脉冲列就称 为脉冲宽度调制(PWM)波形，可 以看出该波形中各个脉冲的幅值 相等，而宽度是按正弦规律变化 的，根据面积等效原理，PWM
是换流方式中最简单的一种。适用于各种由全控型器件构成的电 力电子电路。
图7.3 电流强迫换流原理图
第4页/共49页
器件换流方式
• 1. 电网换流(Line Commutation) • 利用电网提供换流电压进行换流称为电网换流。 • 2. 负载换流(Load Commutation) • 利用负载自身提供换流电压的换流方式称为负载换流。 • 3. 强迫换流(Forced Commutation) • 强迫换流是采用专门的换流电路，给欲关断的晶闸管强制施加反向电压或反向电流的换流方式。
• 2) 载波比K
M U rm U cm
K fc fr
第30页/共49页
逆变电路的控制方式
4. PWM的异步调制和同步调制 • 1) 异步调制 • 在频率改变过程中，载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。 • 2) 同步调制 • 在变频时使载波和调制信号波始终保持同步，并保持载波比K等于常数的调制方式称为同步调制。 • 3) 分段同步调制 • 为有效克服上述同步、异步调制存在的缺点，将异步和同步两种调制方法结合起来，使在整个频率范围内
第33页/共49页
跟踪控制技术
• 2) 采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点 • ① 硬件电路简单，属于闭环控制。 • ② 系统具有较高的稳定性。 • ③ 具有快速的瞬态响应。 • ④ 电流型半桥电路容易产生失控。电流脉宽不等固然可以维持电感端压的伏秒值平衡，但却会导致电容电
第24页/共49页
控制的基本原理
1. PWM的基本原理
• 在采样控制理论中的一个重要的 结论，就是当在一个惯性环节的 输入端施加面积相同但形状不同 的脉冲信号时，该环节的输出响 应中，低频段特性非常接近，仅 在高频段略有差异。而且输入信 号的脉冲越窄，输出响应的差别 越小。
• 图7.18(b)所示的等幅脉冲列就称 为脉冲宽度调制(PWM)波形，可 以看出该波形中各个脉冲的幅值 相等，而宽度是按正弦规律变化 的，根据面积等效原理，PWM
是换流方式中最简单的一种。适用于各种由全控型器件构成的电 力电子电路。
图7.3 电流强迫换流原理图
第4页/共49页
器件换流方式
• 1. 电网换流(Line Commutation) • 利用电网提供换流电压进行换流称为电网换流。 • 2. 负载换流(Load Commutation) • 利用负载自身提供换流电压的换流方式称为负载换流。 • 3. 强迫换流(Forced Commutation) • 强迫换流是采用专门的换流电路，给欲关断的晶闸管强制施加反向电压或反向电流的换流方式。
• 2) 载波比K
M U rm U cm
K fc fr
第30页/共49页
逆变电路的控制方式
4. PWM的异步调制和同步调制 • 1) 异步调制 • 在频率改变过程中，载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。 • 2) 同步调制 • 在变频时使载波和调制信号波始终保持同步，并保持载波比K等于常数的调制方式称为同步调制。 • 3) 分段同步调制 • 为有效克服上述同步、异步调制存在的缺点，将异步和同步两种调制方法结合起来，使在整个频率范围内
PWM控制原理-看看就好-不要纠结
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。
烟台南山学院
6
第6页，共60页。
7.2.1 计算法和调制法
阻感负载
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
■单相桥式PWM逆变电路（调制法）
信号urU、urV和urW依次相差120°。
烟台南山学院
第10页，共60页。
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形
10
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
◆电路工作过程（U相为例） U☞相当相urU对>u于c时直，流上电桥源臂假V1想导中通，点下N’桥臂的V输4关出断电，压则 uUN’=Ud/2。 ☞当urU<uc时，V4导通，V1关断，则uUN’=-Ud/2。 ☞也感☞V当可负1和给能载VV是4中的1(二V电驱4极)动流加管信的导V号通方D始信1向(终V号来D是时4决)互续，定补可流。的能导。是通V，1(V这4)要导由通阻， ☞uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形都只有±Ud/2 两种电平。
2cos 72
2cos 73 )
0
这样可以消去两种特定频率的谐波，对于给定的基波幅值a1，求解上述方
程可得一组1、2和3，基波幅值a1改变时，1、2和3也相应地改变。
烟台南山学院
16
第16页，共60页。
7.2.2 异步调制和同步调制
■载波频率fc与调制信号频率fr之比N= fc/fr称为载波比，根据载波和信号波是否同步
烟台南山学院
5
第5页，共60页。
■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。
烟台南山学院
6
第6页，共60页。
7.2.1 计算法和调制法
阻感负载
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
■单相桥式PWM逆变电路（调制法）
信号urU、urV和urW依次相差120°。
烟台南山学院
第10页，共60页。
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形
10
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
◆电路工作过程（U相为例） U☞相当相urU对>u于c时直，流上电桥源臂假V1想导中通，点下N’桥臂的V输4关出断电，压则 uUN’=Ud/2。 ☞当urU<uc时，V4导通，V1关断，则uUN’=-Ud/2。 ☞也感☞V当可负1和给能载VV是4中的1(二V电驱4极)动流加管信的导V号通方D始信1向(终V号来D是时4决)互续，定补可流。的能导。是通V，1(V这4)要导由通阻， ☞uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形都只有±Ud/2 两种电平。
2cos 72
2cos 73 )
0
这样可以消去两种特定频率的谐波，对于给定的基波幅值a1，求解上述方
程可得一组1、2和3，基波幅值a1改变时，1、2和3也相应地改变。
烟台南山学院
16
第16页，共60页。
7.2.2 异步调制和同步调制
■载波频率fc与调制信号频率fr之比N= fc/fr称为载波比，根据载波和信号波是否同步
烟台南山学院
5
第5页，共60页。
PWM技术课件
6-26
6-27
返回
④在调制信号ur 在u 正半周，都用正极性三角波， 在 ※特点：①载波u的半个周期内，三角波uc只在一个方向 r 小 ③在负半周， r 大于uc时，相应的器件开通，U0=Ud, r ②在正半周， uuc 大于uc时，相应的器件关断U0=0,当u r 上变化，得到的SPWM波形也只在一个方向上变化，故 负半周都用负极性三角波。 U0= 0=0 于uc时，相应的器件开通， 当ur 小于uc时，相应的器件关断U -Ud 称之为单极性SPWM。
6.2.1 计算法和调制法
6.2.2 异步调制和同步调制
返回
6.2.1 计算法和调制法
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。
返回
6.2.3 异步调制和同步调制
2） 同步调制
返回
——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时 使载波与信号波保持同步，即N等于常数。
基本同步调制方式，fr变化 u 时N不变，信号波一周期内 输出脉冲数固定。
O uc ur
wt
uo uof
fr很低时，fc也很低，由调 制带来的谐波不易滤除。 fr很高时，fc会过高，使开 关器件难以承受。
双极性PWM控制方式波形
6-21
电路（3）
6.2.2 分析几种调制电路
返回
请同学分析。
6-22
6.2.3 异步调制和同步调制
载波比 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况， PWM调制方式分为异步调制和同步调制。 1） 异步调制
电力电子技术-PWM型逆变电路的控制方法
直流－交流变换器(3)
4.5.1 PWM逆变电路的控制信号的产生方法
z 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。
z
调制法
在调制信号ur 和载波信号uc的交点时刻控制器件的通断，在负载上调
制出期望的信号。
直流－交流变换器(3)
1. 调制法
可采取单极性调制(载波为单极 性），也可采用双极性调制(载 波为双极性）。
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。
u uc ur
O
ωt
Uudo
uo uof
O
ωt
-Ud
单极性PWM控制方式波形
u
ur uc
O
ω
uo
uof uo
Ud
确定a1的值，再令两个 不同的 an=0(n=3,5…)， 就可建三个方程，求得
α1、α2和α3 。
O a1
a2 a3
π
2π
ωt
-Ud
特定谐波消去法的输出PWM波形
直流－交流变换器(3)
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：
给定a1，解方程可得α1、α2和α3。a1变，α1、α2和α3也相应改变。
直流－交流变换器(3)
一般在输出电压半周期内，器件通、断各k次，考虑到PWM波四分之一周
期对称，k个开关时刻可控，除用一个自由度控制基波幅值外，可消去k－1
个频率的特定谐波。 k的取值越大，开关时刻的计算越复杂。 除计算法和调制法外，还有跟踪控制方法，在下一讲学习。
第十二章脉宽调制PWM逆变器
1）逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不同
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-CSTI
12.2 电压型逆变电路
2）电压型逆变电路的特点
(1)直流侧为电压源或 并联大电容，直流侧电压 基本无脉动。 (2)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
(3)阻感负载时需提供 无功功率。为了给交流侧 向直流侧反馈的无功能量 提供通道，逆变桥各臂并 联反馈二极管。
图5-5 电压型全桥逆变电路
单相桥式逆变器的电压控制
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo
Ud S1 io 负载 S3 uo S 4 io t1 t2 t
S2 a)
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
12.3 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
单脉冲宽度调制 多脉动冲宽度调制 正弦脉宽调制 改进型正弦脉宽调制 相位移控制
5.2.1 单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用移 相得方式来调节输出电压 －移相调压。
V3的基极信号比V1落后q （0＜ q ＜180 °）。V3、 V4的栅极信号分别比V2、 V1的前移180°－q。输 出电压是正负各为q的脉 冲。 改变q就可调节输出电压。
图5-7 单相全桥逆变 电路的移相调压方式
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O a)
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-CSTI
12.2 电压型逆变电路
2）电压型逆变电路的特点
(1)直流侧为电压源或 并联大电容，直流侧电压 基本无脉动。 (2)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
(3)阻感负载时需提供 无功功率。为了给交流侧 向直流侧反馈的无功能量 提供通道，逆变桥各臂并 联反馈二极管。
图5-5 电压型全桥逆变电路
单相桥式逆变器的电压控制
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo
Ud S1 io 负载 S3 uo S 4 io t1 t2 t
S2 a)
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
12.3 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
单脉冲宽度调制 多脉动冲宽度调制 正弦脉宽调制 改进型正弦脉宽调制 相位移控制
5.2.1 单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用移 相得方式来调节输出电压 －移相调压。
V3的基极信号比V1落后q （0＜ q ＜180 °）。V3、 V4的栅极信号分别比V2、 V1的前移180°－q。输 出电压是正负各为q的脉 冲。 改变q就可调节输出电压。
图5-7 单相全桥逆变 电路的移相调压方式
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O a)
PWM控制原理
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
uu
SPWM波 u
OO
ωω>>tt
O
ω> t
u
O
ω>t
若要改变等效输出正弦
波幅值，按同一比例改
变各脉冲宽度即可。
精选完整ppt课件
7
《电力电子技术》校级精品课 第六章 PWM技术
第一节 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：
0
(6-3)
精选完整ppt课件
23
《电力电子技术》校级精品课 第六章 PWM技术
一. 计算法和调制法
图为6-a9n，能p4独立0a1控U2制d sai1n、nwat2d和wat 3共aa132个(时U2刻d s。in该nw波t形)dw的tan
U a3 d a2 2
sinnwtdwt
p
2
(Ud
精选完整ppt课件
16
《电力电子技术》校级精品课 第六章 PWM技术
一. 计算法和调制法
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。 3.双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
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。
u
ur uc
同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻
一. 计算法和调制法urU
u rV
uc
u rW
u
下面以U相为例分析控制规律：
Hale Waihona Puke O?tu UN'
Ud
2
O
?
Ud 2
?t
3.3--PWM整流电路及其控制方法
控制PWM整流电路，使其输入电流非常接近正弦波，且 和输入电压同相位，功率因数近似为1，也称单位功率 因数变流器，或高功率因数整流器。
3.3 PWM整流电路及其控制方法
❖ 3.3.1 PWM整流电路的工作原理 ❖ 3.3.2 PWM整流电路的控制方法
3.3.1 PWM整流电路的工作原理
PWM整流电路也可分为电压型和电流型两大类，目前
uab
o
Ud
uAB1
usபைடு நூலகம்
O
ωt
T2 D2 T4 D4 b)
Ls
Rs
is
uAB
- Ud
图 单相桥式PWM
图 AB两点的SPWM电压波形
整流电路的等值电路
3.3.1 PWM整流电路的工作原理
●
USAB
●
USAB
·Is
U·s
·UAB d
U·L U·R
a)整流运行
·Is U·s d
·UAB
U·L U·R
c)无功补偿运行
3.3 PWM整流电路及其控制方法
实用的整流电路几乎都是晶闸管整流或二极管整流。
晶闸管相控整流电路：输入电流滞后于电压，且其中谐 波分量大，因此功率因数很低。
二极管整流电路：虽位移因数接近1，但输入电流中谐 波分量很大，所以功率因数也很低。
把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成 了PWM整流电路。
3.3.1 PWM整流电路的工作原理
(2)对单相全桥PWM整流电路工作原理的Ls进TR1s一步说D明1 +
整流状态下:
us
is
C1
负 载
ud
u组s成>两0个时升，压（斩T2波、电D路4、，D以1、（LTs2）、和D（4、TD3、T1、2DL1、s）D为D42、+例L。Cs2）分别
3.3 PWM整流电路及其控制方法
❖ 3.3.1 PWM整流电路的工作原理 ❖ 3.3.2 PWM整流电路的控制方法
3.3.1 PWM整流电路的工作原理
PWM整流电路也可分为电压型和电流型两大类，目前
uab
o
Ud
uAB1
usபைடு நூலகம்
O
ωt
T2 D2 T4 D4 b)
Ls
Rs
is
uAB
- Ud
图 单相桥式PWM
图 AB两点的SPWM电压波形
整流电路的等值电路
3.3.1 PWM整流电路的工作原理
●
USAB
●
USAB
·Is
U·s
·UAB d
U·L U·R
a)整流运行
·Is U·s d
·UAB
U·L U·R
c)无功补偿运行
3.3 PWM整流电路及其控制方法
实用的整流电路几乎都是晶闸管整流或二极管整流。
晶闸管相控整流电路：输入电流滞后于电压，且其中谐 波分量大，因此功率因数很低。
二极管整流电路：虽位移因数接近1，但输入电流中谐 波分量很大，所以功率因数也很低。
把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成 了PWM整流电路。
3.3.1 PWM整流电路的工作原理
(2)对单相全桥PWM整流电路工作原理的Ls进TR1s一步说D明1 +
整流状态下:
us
is
C1
负 载
ud
u组s成>两0个时升，压（斩T2波、电D路4、，D以1、（LTs2）、和D（4、TD3、T1、2DL1、s）D为D42、+例L。Cs2）分别
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
◆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。
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 10
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
◆电路工作过程（U相为例） 关☞断当，ur则U>Uuc相时相，对上于桥直臂流V1电导源通假，想下中桥点臂NV’4的 输U☞d出/当2。电ur压U<uuUc时N’=，UVd/24导。通，V1关断，则uUN’=导这☞☞通要V当1，由给和也阻VV14可感(的V能负4驱)加是载动导二中信通极 电号信管流始号V的终D时方是1(，向V互D可来补4)能决续的是定流。V。导1(通V4，) ☞uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形都只有 ±Ud/2两种电平。
2cos52
2cos53)
0
(7-5)
a7
2Ud
7
(12cos71
2cos72
2cos73)
0
这样可以消去两种特定频率的谐波，对于给定的基波幅值a1，求解
上述方程可得一组1、2和3，基波幅值a1改变时，1、2和3也相
应地改变。
16
7.2.2 异步调制和同步调制
图7-4 单相桥式PWM逆变电路 u uc ur
O
wt
uo
uo
Ud
uof
O
wt
-Ud 图7-5 单极性PWM控制方式波形
8
7.2.1 计算法和调制法
◆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。
☞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，
7.2.1 计算法和调制法 7.2.2 异步调制和同步调制 7.2.3 规则采样法 7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析 7.2.5 提高直流电压利用率
和减少开关次数 7.2.6 空间矢量SVPWM控制 7.2.7 PWM逆变电路的多重化
5
7.2.1 计算法和调制法
■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
四分之一周期对称，共有k个开关时刻可以控制，除去用一个自由度来控制基 波幅值外，可以消去k－1个频率的特定谐波。
◆以三相桥式PWM型逆变电路中的uUN’波形为例 ☞在输出电压的半个周期内，器件开通和关断各3次（不包括0和π时刻），
共有6个开关时刻可以控制。
13
7.2.1 计算法和调制法
☞为了消除偶次谐波，应使波形正负两半周期镜对称，即
◆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。
6
7.2.1 计算法和调制法
■单相桥式PWM逆变电路（调制法）
◆电路工作过程
阻感负载
☞工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补， 比如在uo正半周，V1导通，V2关断，V3和V4交替通断。
☞负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有
形的an为
an
4
U 1 d 02
sinnwtdwt
2 (Ud
1
2
sinnwt)dwt
U 3 d 2 2
sinnwtdwt
2
(Ud
3 2
sinnwt)dwt
(7-4)
2Ud
n
(12cosn1
2cosn2
2cosn3)
15
7.2.1 计算法和调制法
负载相电压的PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud 和0共5种电平组成。
◆为了防止上下两个臂直通而造成短路，在上下两
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形
臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的 死区时间。
12
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
■特定谐波消去法 ◆是计算法中一种较有代表性的方法。 ◆如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各k次，考虑到PWM波
17
7.2.2 异步调制和同步调制
■同步调制
u
◆载波比N等于常数，并在变频时使
载波和信号波保持同步的方式称为同
步调制。
O
◆fr变化时载波比N不变，信号波一
个周期内输出的脉冲数是固定的，脉
冲相位也是固定的。
u UN'
U
◆在三相PWM逆变电路中，通常公
d
2
用一个三角波载波，为了使三相输出
O
U
波形严格对称和一相的PWM波正负半
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
u
ur uc
在ur的一个周期内，输出的PWM波只 有±Ud两种电平。
☞在ur的正负半周，对各开关器件的 控制规律相同。
O
wt
√当ur>uc时，V1和V4导通，V2和V3
关断，这时如io>0，则V1和V4通，如
uo
u of
uo
Ud
io<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都 是uo=Ud。
☞在ur的正半周，V1保持通态，V2保持 断态。
√当ur>uc时使V4导通，V3关断， uo=Ud。
√当ur<uc时使V4关断，V3导通， uo=0。
☞在ur的负半周，V1保持断态，V2保持 通态。
√当ur<uc时使V3导通，V4关断， uo=-Ud。
√当ur>uc时使V3关断，V4导通， uo=0。
◆在fr低的频段采用较高的载波比， 以使fc不致过低而对负载产生不利影响。
(7-3)
n1,3,5,
式中，an为
an
4
2u(wt)sinwtdwt
0
14
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
☞因为图7-9的波形是四分之一周期对称的，所以在一个周期内的12个开关时
刻（不包括0和时刻）中，能够独立控制的只有1、2和3共3个时刻，该波
■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。
频段略有差异。 ◆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 3
7.1 PWM控制的基本原理
■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
d
2
周镜对称，取N为3的整数倍且为奇数。uVN'
◆当逆变电路输出频率很低时，同 步调制时的fc也很低，fc过低时由调制 O 带来的谐波不易滤除，当负载为电动 uWN' 机时也会带来较大的转矩脉动和噪声；
当逆变电路输出频率很高时，同步调 O
制时的fc会过高，使开关器件难以承受。
u rU
uc urV
u rW
√当ur<uc时，V2和V3导通，V1和V4
O
w t 关断，这时如io<0，则V2和V3通，如
-Ud 图7-6 双极性PWM控制方式波形
io>0，则VD2和VD3通，不管哪种情况都 是uo=-Ud。
9
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
■三相桥式PWM逆变电路（调制 法）
◆采用双极性控制方式。 ◆U、V和W三相的PWM控制通 常公用一个三角波载波uc，三相的 调制信号urU、urV和urW依次相差 120°。
☞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，因 此通常可以考虑消去5次和7次谐波，根据需要确定基波分量a1的值，
再令a5和a7等于0，就可以建立三个方程，联立可求得1、2和3。
a1
2Ud
(12cos1
2cos2
2cos3)
a5
2Ud
5
(12cos51
u(wt)u(wt)
(7-1)
☞为了消除谐波中的余弦项，简化计算过程，应使波形在正半周期内前后1/4
周期以/2为轴线对称，即
u(wt)u(wt)
(7-2)
☞同时满足式(7-1)和式(7-2)的波形称为四分之一周期对称波形，这种波形可 用傅里叶级数表示为
u(wt) ansinnwt
PWM波形，也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。 ■PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波 两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM 波。
■基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其 他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形 等。
图7-3 用PWM波代替正弦半波 4
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
2
7.1 PWM控制的基本原理
■面积等效原理 ◆是PWM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
一段区间为正，一段区间为负。
◆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。
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 10
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
◆电路工作过程（U相为例） 关☞断当，ur则U>Uuc相时相，对上于桥直臂流V1电导源通假，想下中桥点臂NV’4的 输U☞d出/当2。电ur压U<uuUc时N’=，UVd/24导。通，V1关断，则uUN’=导这☞☞通要V当1，由给和也阻VV14可感(的V能负4驱)加是载动导二中信通极 电号信管流始号V的终D时方是1(，向V互D可来补4)能决续的是定流。V。导1(通V4，) ☞uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形都只有 ±Ud/2两种电平。
2cos52
2cos53)
0
(7-5)
a7
2Ud
7
(12cos71
2cos72
2cos73)
0
这样可以消去两种特定频率的谐波，对于给定的基波幅值a1，求解
上述方程可得一组1、2和3，基波幅值a1改变时，1、2和3也相
应地改变。
16
7.2.2 异步调制和同步调制
图7-4 单相桥式PWM逆变电路 u uc ur
O
wt
uo
uo
Ud
uof
O
wt
-Ud 图7-5 单极性PWM控制方式波形
8
7.2.1 计算法和调制法
◆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。
☞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，
7.2.1 计算法和调制法 7.2.2 异步调制和同步调制 7.2.3 规则采样法 7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析 7.2.5 提高直流电压利用率
和减少开关次数 7.2.6 空间矢量SVPWM控制 7.2.7 PWM逆变电路的多重化
5
7.2.1 计算法和调制法
■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
四分之一周期对称，共有k个开关时刻可以控制，除去用一个自由度来控制基 波幅值外，可以消去k－1个频率的特定谐波。
◆以三相桥式PWM型逆变电路中的uUN’波形为例 ☞在输出电压的半个周期内，器件开通和关断各3次（不包括0和π时刻），
共有6个开关时刻可以控制。
13
7.2.1 计算法和调制法
☞为了消除偶次谐波，应使波形正负两半周期镜对称，即
◆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。
6
7.2.1 计算法和调制法
■单相桥式PWM逆变电路（调制法）
◆电路工作过程
阻感负载
☞工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补， 比如在uo正半周，V1导通，V2关断，V3和V4交替通断。
☞负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有
形的an为
an
4
U 1 d 02
sinnwtdwt
2 (Ud
1
2
sinnwt)dwt
U 3 d 2 2
sinnwtdwt
2
(Ud
3 2
sinnwt)dwt
(7-4)
2Ud
n
(12cosn1
2cosn2
2cosn3)
15
7.2.1 计算法和调制法
负载相电压的PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud 和0共5种电平组成。
◆为了防止上下两个臂直通而造成短路，在上下两
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形
臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的 死区时间。
12
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
■特定谐波消去法 ◆是计算法中一种较有代表性的方法。 ◆如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各k次，考虑到PWM波
17
7.2.2 异步调制和同步调制
■同步调制
u
◆载波比N等于常数，并在变频时使
载波和信号波保持同步的方式称为同
步调制。
O
◆fr变化时载波比N不变，信号波一
个周期内输出的脉冲数是固定的，脉
冲相位也是固定的。
u UN'
U
◆在三相PWM逆变电路中，通常公
d
2
用一个三角波载波，为了使三相输出
O
U
波形严格对称和一相的PWM波正负半
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
u
ur uc
在ur的一个周期内，输出的PWM波只 有±Ud两种电平。
☞在ur的正负半周，对各开关器件的 控制规律相同。
O
wt
√当ur>uc时，V1和V4导通，V2和V3
关断，这时如io>0，则V1和V4通，如
uo
u of
uo
Ud
io<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都 是uo=Ud。
☞在ur的正半周，V1保持通态，V2保持 断态。
√当ur>uc时使V4导通，V3关断， uo=Ud。
√当ur<uc时使V4关断，V3导通， uo=0。
☞在ur的负半周，V1保持断态，V2保持 通态。
√当ur<uc时使V3导通，V4关断， uo=-Ud。
√当ur>uc时使V3关断，V4导通， uo=0。
◆在fr低的频段采用较高的载波比， 以使fc不致过低而对负载产生不利影响。
(7-3)
n1,3,5,
式中，an为
an
4
2u(wt)sinwtdwt
0
14
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
☞因为图7-9的波形是四分之一周期对称的，所以在一个周期内的12个开关时
刻（不包括0和时刻）中，能够独立控制的只有1、2和3共3个时刻，该波
■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。
频段略有差异。 ◆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 3
7.1 PWM控制的基本原理
■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
d
2
周镜对称，取N为3的整数倍且为奇数。uVN'
◆当逆变电路输出频率很低时，同 步调制时的fc也很低，fc过低时由调制 O 带来的谐波不易滤除，当负载为电动 uWN' 机时也会带来较大的转矩脉动和噪声；
当逆变电路输出频率很高时，同步调 O
制时的fc会过高，使开关器件难以承受。
u rU
uc urV
u rW
√当ur<uc时，V2和V3导通，V1和V4
O
w t 关断，这时如io<0，则V2和V3通，如
-Ud 图7-6 双极性PWM控制方式波形
io>0，则VD2和VD3通，不管哪种情况都 是uo=-Ud。
9
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
■三相桥式PWM逆变电路（调制 法）
◆采用双极性控制方式。 ◆U、V和W三相的PWM控制通 常公用一个三角波载波uc，三相的 调制信号urU、urV和urW依次相差 120°。
☞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，因 此通常可以考虑消去5次和7次谐波，根据需要确定基波分量a1的值，
再令a5和a7等于0，就可以建立三个方程，联立可求得1、2和3。
a1
2Ud
(12cos1
2cos2
2cos3)
a5
2Ud
5
(12cos51
u(wt)u(wt)
(7-1)
☞为了消除谐波中的余弦项，简化计算过程，应使波形在正半周期内前后1/4
周期以/2为轴线对称，即
u(wt)u(wt)
(7-2)
☞同时满足式(7-1)和式(7-2)的波形称为四分之一周期对称波形，这种波形可 用傅里叶级数表示为
u(wt) ansinnwt
PWM波形，也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。 ■PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波 两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM 波。
■基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其 他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形 等。
图7-3 用PWM波代替正弦半波 4
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
2
7.1 PWM控制的基本原理
■面积等效原理 ◆是PWM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
一段区间为正，一段区间为负。