第6章 整流电路和控制原理-教案

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三、失控现象
当突然把控制角增大到180°或 突然切断触发电路时，会发生正在导 通的晶闸管一直导通而两个二极管轮 流导通的现象。
失控工作过程
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例


有一大电感负载采用单相半控桥式有续 流二极管的整流电路供电，负载电阻为 5Ω，输入电压220v，晶闸管的控制角 α=60º ，求流过晶闸管、二极管的电流 平均值和有效值。 解：负载端输出的电压平均值 Ud=0.9U2(1+COS α)/2 =149V

单相半控桥整流电 路，当导通角θ=120º 时 120 I d 10 A 流过续流二极管和晶闸管 360 的电流平均值相同。 。
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单相全控桥
阻性负载
VT1 VT2 Rd VT3 VT4
VT1.VT4导通
ud
VT2.VT3导通
wt
工作过程
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感性负载
VT1
VT2
Ld
Rd VT3 VT4
数量关系：
负载端输出直流电压 Ud 1 1 cosa Ud 2U 2 sin d t 0.45U 2 2 a 2
负载端平均电流 Id Ud Id Rd
负载端电流有效值 I I2 kf U2 U Rd Rd 1 a sin 2a 4 2
I Id
sin 2a 2 a 2 (1 co sa )
功率因数cos P UI cos S U2I 1 a sin 2a 4 2
P UI 负载端输出功率 ; S U 2 I 2 电源视在功率
例

1.
2.
3.
4.
有一单相半波可控流电路，负载电阻为10Ω ， 直接接到交流电源220V，要求控制角从 180°—0°可移相。求： 控制角α=60°时，电压表、电流表读数，及 此时的电路功率因数。 如导线电流密度取j=6A/mm² ，计算导线截面。 计算Rd的功率。 电压电流考虑2倍裕量，选择晶闸管元件。

6.2 PWM逆变电路及其控制方法
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
6.2.1 计算法和调制法
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
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VD4通， uo=Ud
6.2.1 计算法和调制法
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 单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制
VD1 V3 VD4 V V6
VD3 V5 VD6 W V2
VD5 N VD2
N'
Ud 2
+
C
V4
urU urV urW uc
调制 电路
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
图6-7
6.2.1 计算法和调制法
U相的控制规律
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 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

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。

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
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• 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)
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除计算法和调制法外，还有 空间向量法 跟踪控制方法
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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
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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
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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
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SVPWM波形特点
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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