电力电子第7章pwm
简述pwm控制技术原理
简述pwm控制技术原理
脉宽调制（PWM）是一种常用的电子控制技术，通过调节信号的占空比来控制输出信号的平均功率。
PWM控制技术常用于电力电子、自动控制、通信等领域。
PWM控制技术的原理如下：
1. 基本原理：PWM控制技术基于周期性的高电平（ON）和低电平（OFF）信号。
在一个固定的时间周期内，通过改变高电平和低电平信号的持续时间比例（即占空比），可以实现对输出信号的平均功率的调节。
2. 信号生成：PWM控制技术需要产生一个周期性的方波信号作为控制信号。
可以使用定时器或计数器来生成这个周期性的信号，根据设定的频率来确定每个周期的时间长度。
3. 调节占空比：在每个周期内，通过改变高电平信号的持续时间来调节占空比。
占空比定义为高电平信号的持续时间与一个周期的总时间之比。
例如，一个占空比为50%的PWM信号表示高电平和低电平信号的时间相等。
4. 输出控制：PWM信号经过一个滤波器，将高频的方波信号转换为模拟信号。
根据PWM 信号的占空比，滤波器输出的模拟信号的平均值相应地调节。
通过控制占空比，可以实现对输出信号的电压、电流或功率进行精确的控制。
PWM控制技术的优点包括高效性、精确性和可靠性。
由于输出信号是由开关器件的开关状态决定的，因此可以快速响应和调节输出信号。
PWM技术广泛应用于电机控制、LED调光、电源变换器等领域，以实现精确的控制和节能的效果。
电力电子技术复习笔记,考试重点,王兆安
UUN
1 2 uUN dt 0.471U d 2
输出相电压基波幅值 UUN1m 和有效值 UUN1
UUV 1m
2 U d 0.637U d U d 3
2
UUV 1
UUV 1m 2
0.45U d
6.单相电流型逆变电路
电力电子技术 复习重点 Made by 3903 王子剑
180
4.斩控式调压电路
电力电子技术 复习重点 Made by 3903 王子剑
以电压过零为触发延迟角α 的起点，移相范围是 0 到 150 度。 波形分析要按同时有几个管子导通。三个：负载相电 压=电源相电压；两个：负载相电压=电源线电压一 半；均不导通：电压为 0。 减小延迟角，则导通时间加长，管子同时导通的可能 性大；增大延迟角，同时导通的管子数量减少 a.0~60 度，3+2（有时三管通有时两管） b.60~90 度，2（一直是两个管子通） c.90~150，2+0 优点：无低次谐波。 缺点：全控器件，耐压及通流能力低，结构复杂。 5.三相交流调压电路（只研究电阻负载！！）
① U 0
(
1
2U1 sin t ) 2 d (t )
U1
I0 U0 R
1 sin 2 2
晶闸管电流有效值 IVT =
I0 2
著名的图出自于此，图上也能看到，当α 小的时候管 子就 180 度全部导通了 3.1 谐波：只有奇次没有偶次谐波。
②功率因数小于 1,考虑到有断的情况(对比正弦电路 中,纯电阻的功率应该始终为 1) ③导通角与触发延迟角的关系： 3. 单相交流调压电路(阻感)
①基波和 3 倍次以外的谐波电流不流过零线，
《电力电子技术》西安交通大学_王兆安_第五版第1-7章
图1-7 风场
总之，电力电子技术的应用越来越广，其地位也越来越重要。
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1.4 本教材的内容简介
■本教材的内容
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第2章 电力电子器件
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 电力电子器件概述 不可控器件——电力二极管 半控型器件——晶闸管 典型全控型器件 其他新型电力电子器件 功率集成电路与集成电力电子模块 本章小结
2.1.1 电力电子器件的概念和特征 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
■电力电子器件的概念 ◆电力电子器件（Power Electronic Device） 是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能 的变换或控制的电子器件。 ☞主电路：在电气设备或电力系统中，直接 承担电能的变换或控制任务的电路。 ☞广义上电力电子器件可分为电真空器件和 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。
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1.2 电力电子技术的发展史
◆全控型器件和电力电子集成电路（PIC） ☞70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管 （BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器 件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控 制既可使其开通又可使其关断。
直流（DC） 交流（AC）
1.1 什么是电力电子技术
■电力电子学 ◆美国学者W. Newell认为电力电子学是由电力 学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。
图1-1 描述电力电子学的倒三角形
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1.1 什么是电力电子技术
☞电力电子技术和电子学 电力电子器件的制造技术和用于信息变换的电子 器件制造技术的理论基础（都是基于半导体理论） 是一样的，其大多数工艺也是相同的。 电力电子电路和信息电子电路的许多分析方法也 是一致的。 ☞电力电子技术和电力学 电力电子技术广泛用于电气工程中，这是电力电 子学和电力学的主要关系。
电力电子技术王兆安第五版课后习题答案
目录第 1章电力电子器件第 2章整流电路第 3章直流斩波电路第 4章交流电力控制电路和交交变频电路第 5章逆变电路第 6章 PWM控制技术第 7章软开关技术第 8章组合变流电路π π π第 1 章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK >0 且 u GK >0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持 电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3. 图 1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为 I m ，试计算各波形的电流平均值 I d1、I d2、I d3 与电流有效值 I 1、I 2、I 3。
π π 4a)12π 0 ππ 5π 2π 0π 2π44 2b)c)图 1-43 晶闸管导电波形I m 2解：a)I d1= 2 1 赲υλ0πI m sin ω td ( ω t ) = ( +1 ) 猏υλ0 0.2717 I m 42 22 I m3 1 I 1= 赲υλ0π ( 2 π 4b)I d2 = 1 赲υλ0ππ 41I m sin ω t ) d ( ω t ) = + 猏υλ0 0.4767 I m 2 4 2πI m 2I msin ω td ( ω t ) = ( + 1 ) 猏υλ0 0.5434 I m π 22 2I m3 1 I 2 =π 赲υλ0π( I m sin ω t ) d ( ωt ) = + 猏υλ0 0.6741I 4 24 2π πc)I d3= 1 21赲υλ002 I md ( ωt ) =π2 1 I m 4 1 I3 =赲υλ002 I md (ωt ) = I m 2 π2多少？这时，相应的电流最大值 I m1、I m2、I m3 各为多少?解：额定电流 I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I =157A ，由上题计算结果知a) b) II m1 ? 猏υλ0329.35，0 4767II m2 ? 猏υλ0 232.90,0 6741I d1 猏υλ0 0.2717 I m1 猏υλ0 89.48 I d2 猏υλ0 0.5434 I m2 猏υλ0 126.56 1 c) I m3=2 I = 314, I d3= I m3=78.545. GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，为什么 GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 答：GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，由 P 1N 1P 2 和 N 1P 2N 2 构成两个晶体管 V 1、V 2,分 别具有共基极电流增益 α 和 α ，由普通晶闸管的分析可得， α + α =1 是器件临界导通 12的条件。
电力电子习题答案
第2章电力电子器件与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才能使它具有耐受高电压和大电流的能力解：1. 电力二极管是垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，提高通流能力 2.电力二极管在P区和N区多了一层低掺杂区，可以承受很高的电压而不致被击穿；3.具有电导调制效应。
使晶闸管导通的条件是什么答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或者U AK >0且U GK>0维持晶闸管导通的条件是什么怎样才能使晶闸管由导通变为关断答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
图2－27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im , 试计算各波形的电流平均值I d1,I d2,I d3与电流有效值I1，I2，I3解:a) Id1= Im I1==b) Id2== Im I2= Imc) Id3== Im I3== Im.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少这时,相应的电流最大值Im1,Im2,Im3各为多少解:额定电流I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) Im1=I/=, ≈≈89.48Ab) Im2=I/ = Id2= =c) Im3=2I=314 Id3= =和普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能答: GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：l)GTO 在设计时2α较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO 关断;2)GTO 导通时21αα+的更接近于l,普通晶闸管5.121≥+αα,而GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件;3)多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小, 门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2极区所谓的横向电阻很小, 从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
PWM控制原理
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份是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，但其下降段则几乎彻底相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加之述脉冲，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。
pwm的电压计算公式
pwm的电压计算公式在现代电子技术中，PWM是一种广泛应用的调制技术，它通过控制信号的脉宽来调节输出电压或功率。
PWM技术可以应用于许多领域，包括电力电子、通信、自动控制等。
PWM的电压计算公式可以用以下方式表示：Vout = Vin × D其中，Vout是输出电压，Vin是输入电压，D是占空比。
占空比指的是PWM信号中高电平（ON）的时间与一个周期的总时间之比。
通过调节占空比，我们可以控制输出电压的大小。
在实际应用中，PWM技术可以用于电机速度调节、电源电压调节等。
下面我们将分别介绍这两个应用场景下的电压计算公式。
1. 电机速度调节在电机控制中，PWM技术通常用于调节电机的转速。
通过改变PWM信号的占空比，可以改变电机的平均输出电压，从而控制电机的转速。
假设我们有一个电机，其额定电压为Vrated，我们希望将电机的转速调节到N%（0<N<=100）的额定转速。
根据电压计算公式，我们可以得到如下的计算公式：Vout = Vrated × D其中，Vout是电机的输出电压，D是占空比，可以根据额定转速和实际转速之间的关系来计算出D的值。
通过改变D的值，我们可以控制电机的转速。
2. 电源电压调节在电源电压调节中，PWM技术可以用于实现高效、可靠的电压调节。
通过调节PWM信号的占空比，可以实现对输出电压的精确控制。
假设我们有一个电源，其输入电压为Vin，我们希望将输出电压调节到Vout。
根据电压计算公式，我们可以得到如下的计算公式：D = Vout / Vin其中，D是占空比，可以通过计算得到。
通过改变D的值，我们可以实现对输出电压的调节。
除了电机速度调节和电源电压调节，PWM技术还有许多其他应用。
例如，在音频放大器中，PWM技术可以用于提供高效的功率放大。
在照明系统中，PWM技术可以用于调节LED的亮度。
PWM的电压计算公式可以通过控制占空比来实现对输出电压的调节。
无论是电机速度调节还是电源电压调节，PWM技术都可以提供高效、可靠的解决方案。
电力电子课设-DCDC--PWM控制电路的设计
学院电力电子课程设计题目： DC/DC PWM控制电路的设计小组成员：学号：学部（系）：机械与电气工程学部专业年级：电气133指导教师：2 年 12 月 16 日目录一、总体设计方案....................... 错误!未定义书签。
二、设计原理及各部分功能............... 错误!未定义书签。
三、实验所得的各个波形................. 错误!未定义书签。
四、TL494及相关器件说明................ 错误!未定义书签。
五、总结及心得体会................................. - 8 -一、总体设计方案题目DC/DC PWM控制电路的设计●题目介绍电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术（Pulse Width Modulation, 简称PWM），将宽度变化而频率不变的脉冲作为电力电子变换电路中功率开关管的驱动信号，控制开关管的通断，从而控制电力电子电路的输出电压以满足对电能变换的需要。
由于开关频率不变，输出电压中的谐波频率固定，滤波器设计比较容易。
本课程设计主要采用比较常用的PWM集成芯片TL494（也可用其它芯片）完成设计，让同学们初步掌握PWM控制电路的设计方法。
●课设要求1. 设计基于PWM芯片的控制电路，包括外围电路。
按照单路输出方案进行设计，开关频率设计为10KHz；具有软起动功能、保护封锁脉冲功能，以及限流控制功能。
电路设计方案应尽可能简单、可靠。
2. 实验室提供面包板和器件，在面包板或通用板上搭建设计的控制电路。
3. 设计并搭建能验证你的设计的外围实验电路，并通过调试验证设计的正确性。
4. 扩展性设计：增加驱动电路部分的设计内容。
二、设计原理本次实验所用芯片为TL494芯片，TL494是美国德州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成电路，主要应用在各种开关电源中。
TL494的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。
PWM原理详解
引言 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章：直流斩波电路采用 本章主要内容 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。
6.1 P W M 控制的基本原理 采样控制理论基础 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； 将输出波形进行付氏分解，低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
典型惯性环节就是电感负载。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 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 面积等效原理图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形(t (t 图61a)b)d)(f a)b)图e (t 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。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形 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图6-3 用PWM波代替正弦半波 PWM电流波： 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波形。
PWM波形可等效成各种波形： 直流斩波电路：等效直流波形； SPWM波：等效正弦波形； 还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。
目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。
PWM
O
>
O
> ωt
u
O
ωt
>
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。
6 PWM控制技术 控制技术
电力电子技术
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：
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。
载波比
6.2.2 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
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 同步调制 异步调制和同步调制 异步调制 同步调制。 1） 异步调制 载波信号和调制信号不同步的调制方式
通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的 在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也 不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期 的脉冲也不对称 当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产 生的不利影响都较小 当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不 对称的影响就变大
U
d
O
-
ωt
U
d
6 PWM控制技术 控制技术
电力电子技术
3）PWM波 PWM波
等幅PWM波 波
第3章的直流斩波电路 6.2节的PWM逆变电路 6.4节的PWM整流电路
输入电源是恒定直流
不等幅PWM波 波 不等幅
输入电源是交流或不是 恒定的直流
4.1节的斩控式交流调压电路 4.4节的矩阵式变频电路
Ud O
C
V4