Ud uo uof O wt 表示uo的基波分量 -Ud 5.2 正弦脉宽调制(SPWM)技术 双极性SPWM —单相桥逆变 特点: 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。 在ur和uc的 交点时刻 控 制 IGBT 的通断 u ur uc ➢ 当ur >uc时,V1和V4导通,V2和V3关断 O 在 ur 和 uc 交点时刻 控 制 IGBT —单相桥逆变 的通断 ➢ ur正半周,V1保持通,V2保持断 ——当ur>uc时,使V4通,V3断,uo=Ud ; u uc Βιβλιοθήκη Baidur ——当ur<uc时,使V4断,V3通,uo=0 。 ➢ ur负半周,V1保持断,V2保持通 O wt ——当ur>uc时,使V4通,V3断,uo=0; ——当ur<uc时,使V4断,V3通,uo=-Ud。 uo -Ud 5.2 正弦脉宽调制(SPWM)技术 双极性调制和单极性调制的比较 u uc ur u ur uc O O wt wt uo uo Ud uof uo u of uo Ud O O wt wt -Ud -Ud 对照两图可见,单极性调制和双极性调制都适用于单相桥式电路。由于 对开关器件通断控制的规律不同,两种调制方式存在差异:1、输出波形有 较大的差别;2、一个正弦周期的开关损耗不同;3、产生IGBT驱动信号的难 易程度不同。 —对于正弦波的负 Ud 半周,采取同样 的方法,得到 O wt PWM波形。 -U d ➢ 双极性SPWM —根据面积等效原理, 正弦波还可等效为 U d 右图中的PWM波, 而且这种方式在实 O wt 际应用中更为广泛。 - Ud 5.1 PWM技术概述 PWM波可等效的各种波形 ➢ 直流斩波电路 直流波形 ➢ SPWM波 正弦波形 5.1 PWM技术概述 重要理论基础——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 的环节上时,其效果基本相同。 冲量 窄脉冲的面积 效果基本相同 环节的输出响应波形基本相同 f (t) f (t) f (t) f (t) d (t) O tO tO tO t a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数 其中 w1: 基波角频率 n : 谐波次数 M : 所考虑谐波最高次数 Vn, In : 第n次谐波电压和电流的均方根值 an, bn : 第n次谐波电压和电流的初相角 均方根值 V 1 T v2 (t)dt T0 M V12 Vn2 n2 I 1 T i2 (t)dt T0 M I12 I 2 n n2 5.1 PWM技术概述 现代电力电子技术 湖南大学 电气与信息工程学院 第5章 脉冲宽度调制(PWM)技术 5.1 PWM技术概述 5.2 正弦PWM技术 5.3 空间矢量调制技术 5.4 电流跟踪控制技术 5.5 电流型逆变器PWM技术 5.1 PWM技术概述 一、PWM技术原理 PWM 技术:脉宽调制技术(Pulse Width Modulation) ,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)。 ➢ 等效成其他所需波形,如: 20V 0V -20V 0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 所需波形 等效的PWM波 5.1 PWM技术概述 二、谐波电压电流畸变因数 畸变的周期性电压和电流的傅立叶级数 M v(t) 2Vn sin(nw1t n ) n1 M i(t) 2I n sin(nw1t n ) n1 wt ——io>0时,V1和V4工作,uo=Ud ; ——io<0时,VD1和VD4工作,uo=Ud 。 u o ➢ 当ur >uc时,V2和V3导通,V1和V4关断 U d u of uo ——io<0时,V2和V3工作,uo=-Ud ; O ——io>0 时 ,VD2 和 VD3 工作 , uo=-Ud 。 wt ➢ 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。 ➢ PWM技术的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大提高,因此 它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。 ➢ PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用,才确定了它在电 力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技 术,因此,本章能使我们对逆变电路有完整地认识。 流可能导致较大的THD 值,而此时电力系统受到的威胁并不大。 总谐波畸变因数与基波和均方根的关系 THDV V V1 2 1 V V1 1 THDV2 5.2 正弦脉宽调制(SPWM)技术 一、SPWM生成的基本思想 目前所采用的一种 u 基于等效原理的易 实现的方法:就是使 逆变器的输出波形 为一系列与正弦波 0 等效的等幅不等宽 的矩形脉冲波形. 5.1 PWM技术概述 ➢PWM调制思想 u 固定幅值,使 波形调制方案更 具可实现性 O ω>t u SPWM波 u O ω>t O ω> t 5.1 PWM技术概述 PWM的调制原理 u O ω>t u SPWM波 u O ω>t O 按同一比例改变 各脉冲宽度 在脉冲周期不变 的条件下, 改变脉冲个数 ω> t 5.1 PWM技术概述 ➢ 单极性SPWM u wt 等效的原则:每一等 分区间内正弦波的 面积与矩形波的面 积相等,具体等效方 O 法如右图示. wt 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SPWM波形。 5.2 正弦脉宽调制(SPWM)技术 二、三角波SPWM的调制方法 单极性SPWM 5.2 正弦脉宽调制(SPWM)技术 三相SPWM的调制方法 ➢ 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° 5.2 正弦脉宽调制(SPWM)技术 相电压分析: ➢ urU>uc 时 , V1 通 , V4 断 , u uUN’=Ud/2; n次谐波含有率(HR: harmonic ratio) HRU n Vn V1 100 % HRI n In I1 100 % 总谐波畸变率(THD: total Harmonic distortion) M M Vn2 I 2 n THDV n2 V1 100% THDI n2 I1 100% ➢ 电压THD通常是一个有意义的数据,但对电流来说,较小幅值的谐波电