1、7-14.3 PWM逆變逆變技術(shù)技術(shù) 引言引言 PWM PWM (Pulse Width Modulation)(Pulse Width Modulation)控制就是控制就是 脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行：即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值值) )。7-24.3 PWM逆變技術(shù)逆變技術(shù) 引言引言 PWMPWM控制的思想源于通信技術(shù)，控制的思想源于通信技術(shù)，全控型器件全控型器件的發(fā)展的發(fā)展使得實(shí)現(xiàn)使得實(shí)現(xiàn)PWMPWM控制變得十分容易?？刂谱兊檬秩菀住?PWMPWM技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它使

2、電力電子裝置的技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性性能大大提高能大大提高，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十分重要的地位。占有十分重要的地位。 PWMPWM控制技術(shù)正是有賴于在控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路逆變電路中的成功應(yīng)用，中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位?，F(xiàn)在才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位?，F(xiàn)在使用的各種逆變電路大都采用了使用的各種逆變電路大都采用了PWMPWM技術(shù)，因此，技術(shù)，因此，將將PWMPWM控制技術(shù)和逆變電路相結(jié)合，才能使我們對(duì)控制技術(shù)和逆變電路相結(jié)合，才能使我們對(duì)逆變電路有完整地認(rèn)識(shí)。逆變電路有完整地認(rèn)識(shí)。7-34.

3、3.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想1）重要理論基礎(chǔ)重要理論基礎(chǔ)面積等效原理面積等效原理沖量沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其上時(shí)，其效果基本相同效果基本相同。沖量沖量窄脈沖的面積窄脈沖的面積效果基本相同效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)f (t)d (t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf (t)f (t)f (t)7-44.3.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想b) 沖量相等的各種窄脈沖的響應(yīng)波形沖量相等的各種窄脈沖的響

4、應(yīng)波形具體的實(shí)例說明具體的實(shí)例說明“面積等效原理面積等效原理”a）e (t)電壓窄脈沖，是電路的輸入。電壓窄脈沖，是電路的輸入。 i (t)輸出電流，是電路的響應(yīng)。輸出電流，是電路的響應(yīng)。 7-5OutSPWM波4.3.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想Out如何用一系列如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波來代替一個(gè)正弦半波Out7-64.3.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想Ou t若要改變等效輸出正弦若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。變各脈沖寬度即可。OutSPWM波Out如何用一系列如何用一系列等幅不等寬的脈沖

5、等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波來代替一個(gè)正弦半波Out7-74.3.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想OwtUd-Ud對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為：波為：OwtUd-Ud根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。波，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。7-84.3.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想等等幅幅PWM波波輸入電源是恒定直流輸入電源是恒定直流 第第3章的直

6、流斬波電路章的直流斬波電路 本節(jié)的本節(jié)的PWM逆變電路逆變電路 不等幅不等幅PWM波波輸入電源是交流或不是恒定的輸入電源是交流或不是恒定的直流直流 OwtUd-UdUot7-94.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法目前目前中小功率中小功率的逆變電路幾乎都采用的逆變電路幾乎都采用PWMPWM技術(shù)。逆技術(shù)。逆變電路是變電路是PWMPWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合?？刂萍夹g(shù)最為重要的應(yīng)用場合。PWMPWM逆變電路也可分為逆變電路也可分為電壓型電壓型和和電流型電流型兩種。兩種。實(shí)用的實(shí)用的PWMPWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。逆變電路幾乎都是電壓型電路。7-10(1）計(jì)算法計(jì)算法

7、根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算算PWMPWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWMPWM波形。波形。本法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位本法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。變化時(shí)，結(jié)果都要變化。OutOut4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-11工作時(shí)工作時(shí)V1和和V2通通斷互補(bǔ)，斷互補(bǔ)，V3和和V4通斷也互補(bǔ)。通斷也互補(bǔ)。(2）調(diào)制法單相橋式PWM逆變電路結(jié)合結(jié)合IGBT單單相橋式電

8、壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說明相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說明4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-12 單相橋式PWM逆變電路Uo正半周，正半周，V1通，通，V2斷，斷，V3和和V4交替通斷。交替通斷。 負(fù)載電流為正的區(qū)間負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和和V4導(dǎo)導(dǎo)通時(shí)，通時(shí)，uo等于等于Ud 。 V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過電流通過V1和和VD3續(xù)流，續(xù)流，uo=0 負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間， V1和和V4仍仍導(dǎo)通，導(dǎo)通，io為負(fù)，實(shí)際上為負(fù)，實(shí)際上io從從VD1和和VD4流過，仍有流過，仍有uo=Ud 。V4關(guān)斷關(guān)斷V3開開通后，通后，io從從V3和

9、和VD1續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 uo總可得到總可得到Ud和零兩種電平。和零兩種電平。 uo負(fù)半周，讓負(fù)半周，讓V2保持通，保持通，V1保持?jǐn)?，保持?jǐn)啵琕3和和V4交替通斷，交替通斷，uo可得可得-Ud和零兩和零兩種電平種電平。(2）調(diào)制法4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-13(2)調(diào)制法調(diào)制法-單極性單極性控制控制方式方式u ru cuOwtOwtu ou ofUd- Ud在在ur和和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。的通斷。4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-14(2)調(diào)制法調(diào)制法-單極性控制方式單極性控制方式ur正半周正半

10、周，V1保持保持通通，V2保持保持?jǐn)鄶唷?當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)使時(shí)使V4通，通，V3斷，斷，uo=Ud 。當(dāng)。當(dāng)uruc時(shí)使時(shí)使V4通，通，V3斷，斷，uo=Ud 。當(dāng)。當(dāng)uruc時(shí)時(shí)，給，給V1和和V4導(dǎo)通信導(dǎo)通信號(hào)，給號(hào)，給V2和和V3關(guān)斷信號(hào)。關(guān)斷信號(hào)。如如io0，V1和和V4通，如通，如io0，VD1和和VD4通，通， uo=Ud 。當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)時(shí)，給，給V2和和V3導(dǎo)通信導(dǎo)通信號(hào)，給號(hào)，給V1和和V4關(guān)斷信號(hào)。關(guān)斷信號(hào)。如如io0，VD2和和VD3通，通，uo=-Ud 。圖7-7 雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在在ur和和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制的交點(diǎn)時(shí)

11、刻控制IGBT的通斷。的通斷。4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法(2)調(diào)制法調(diào)制法-雙極性雙極性控制控制方式（單相橋）方式（單相橋）7-18 雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud 單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud 對(duì)照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單對(duì)照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對(duì)開關(guān)器件通斷極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對(duì)開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別?？刂频囊?guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。4.3.2 P

12、WM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法(2)調(diào)制法調(diào)制法7-19 1）用模擬器件實(shí)現(xiàn)，稱為模擬控制方法；用模擬器件實(shí)現(xiàn)，稱為模擬控制方法； 2 2）用數(shù)字器件實(shí)現(xiàn)，稱為數(shù)字控制方法。數(shù)字控）用數(shù)字器件實(shí)現(xiàn)，稱為數(shù)字控制方法。數(shù)字控制方法有分為三種：制方法有分為三種： a. a. 微處理機(jī)通過軟件生成微處理機(jī)通過軟件生成SPWMSPWM波；波； b. b. 使用專門用于使用專門用于SPWMSPWM控制的控制的集成電路芯片集成電路芯片產(chǎn)產(chǎn)生生SPWMSPWM波形；波形； c. c. 采用采用微處理機(jī)和專用集成電路微處理機(jī)和專用集成電路相結(jié)合的方相結(jié)合的方法，共同完成控制功能。法，共同完成控制

13、功能。 目前，目前，SPWMSPWM控制大多使用后兩種方法?？刂拼蠖嗍褂煤髢煞N方法。SPWMSPWM波形的生成方法分為：波形的生成方法分為：4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-20 模擬電子電路模擬電子電路4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-21三相橋式PWM型逆變電路 三相三相的的PWM控制公控制公用三角波載波用三角波載波uc三相的調(diào)制信號(hào)三相的調(diào)制信號(hào)urU、urV和和urW依次相差依次相差120(2)調(diào)制法調(diào)制法-雙極性雙極性控制控制方式方式（三相橋逆變）（三相橋逆變）4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-22u

14、curUurVurWuuUNuVNuWNuUNuUVOttttt?t4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-23輸出線電壓輸出線電壓PWM波由波由Ud和和0三種電平構(gòu)成三種電平構(gòu)成負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓PWM波由波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和和0 共共5種電平組成。種電平組成。防直通的死區(qū)時(shí)間防直通的死區(qū)時(shí)間 死區(qū)時(shí)間的長短主要由開關(guān)器件死區(qū)時(shí)間的長短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。的關(guān)斷時(shí)間決定。 死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出的死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出的PWMPWM波帶來波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波影響，使其稍稍偏離正弦波。ucurUurVurWuuUNuVNuWNuUNuUVUd-

15、UdO?tOOOOO?t?t?t?t?t2Ud?2Ud2Ud?2Ud2Ud3Ud32 Ud三相橋式PWM型逆變電路 三相橋式PWM逆變電路波形 4.3.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法7-244.3.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為調(diào)制方式分為異步調(diào)制異步調(diào)制和和同步調(diào)制同步調(diào)制。通常保持通常保持fc固定不變，當(dāng)固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比變化時(shí)，載波比N是變化的是變化的在信號(hào)波的半周期內(nèi)，在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位

16、也不固定，脈沖不對(duì)稱。位也不固定，脈沖不對(duì)稱。當(dāng)當(dāng)fr較低時(shí)，較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小稱產(chǎn)生的不利影響都較小當(dāng)當(dāng)fr增高時(shí)，增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大脈沖不對(duì)稱的影響就變大載波比載波比載波頻率載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，之比，N= fc / fr1） 異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式7-254.3.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制2） 同步調(diào)制同步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保

17、持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時(shí)載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時(shí)使載波與信號(hào)波保持同步，即使載波與信號(hào)波保持同步，即N等于常數(shù)。等于常數(shù)。ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud-2Ud同步調(diào)制三相PWM波形fr變化時(shí)變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。三相電路中公用一個(gè)三角波三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取載波，且取N為為3的整數(shù)倍，的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱。為使一相使三相輸出對(duì)稱。為使一相的的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)。應(yīng)取奇數(shù)。fr很很低低時(shí)，時(shí)，fc也很低，由調(diào)制也很低，由調(diào)制帶來的

18、諧波不易濾除。帶來的諧波不易濾除。fr很很高高時(shí)，時(shí)，fc會(huì)過高，使開關(guān)會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。器件難以承受。7-264.3.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制3）分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用。合應(yīng)用。把整個(gè)把整個(gè)f fr r范圍劃分成若干個(gè)范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持N N恒恒定，不同頻段的定，不同頻段的N N不同。不同。在在f fr r高的頻段采用較低的高的頻段采用較低的N N，使載波頻率不致過高；在使載波頻率不致過高；在f fr r低的頻段采用較高的低的頻段采用較高的N N，使，使載波頻率不致過低。載波頻

19、率不致過低。分段同步調(diào)制方式舉例 7-273）分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制 載波比載波比N值的選定與逆變器的輸出頻率、功率開關(guān)器值的選定與逆變器的輸出頻率、功率開關(guān)器件的允許工作頻率以及所用的控制手段都有關(guān)系。為了件的允許工作頻率以及所用的控制手段都有關(guān)系。為了使逆變器的輸出盡量接近正弦波，應(yīng)盡可能增大載波比，使逆變器的輸出盡量接近正弦波，應(yīng)盡可能增大載波比，但若從逆變器本身看，載波比又不能太大，應(yīng)受到下述但若從逆變器本身看，載波比又不能太大，應(yīng)受到下述關(guān)系式的限制，即關(guān)系式的限制，即信號(hào)頻率頻段內(nèi)最高的正弦參考關(guān)頻率功率開關(guān)器件的允許開N 分段同步調(diào)制雖然比較麻煩，但在微電子技術(shù)迅速發(fā)展的今分段

20、同步調(diào)制雖然比較麻煩，但在微電子技術(shù)迅速發(fā)展的今天，這種調(diào)制方式是很容易實(shí)現(xiàn)的。天，這種調(diào)制方式是很容易實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)利用微機(jī)生成當(dāng)利用微機(jī)生成SPWM脈沖波形時(shí)，還應(yīng)注意使三角載波的脈沖波形時(shí)，還應(yīng)注意使三角載波的周期大于微機(jī)的采樣計(jì)算周期。周期大于微機(jī)的采樣計(jì)算周期。4.3.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制7-284 4）混合調(diào)制）混合調(diào)制 可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，高頻可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，和分段同步方式效果接近。但實(shí)點(diǎn)結(jié)合起來，和分段同步方式效果接近。但實(shí)現(xiàn)較容易?，F(xiàn)較容

21、易。4.3.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制7-294.3.4 PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析 諧波諧波頻率和幅值頻率和幅值是衡量是衡量PWM逆變電路性能的逆變電路性能的重要指標(biāo)之一。重要指標(biāo)之一。 使用載波對(duì)正弦信號(hào)波調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生和使用載波對(duì)正弦信號(hào)波調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生和載波有載波有關(guān)的諧波分量關(guān)的諧波分量。 分析以分析以雙雙極性極性SPWM波形波形為準(zhǔn)。為準(zhǔn)。 同步調(diào)制可看成異步調(diào)制的同步調(diào)制可看成異步調(diào)制的特殊特殊情況，只分析情況，只分析異步調(diào)制方式。異步調(diào)制方式。 分析過程復(fù)雜，但結(jié)論簡單而直觀。分析過程復(fù)雜，但結(jié)論簡單而直觀。7-304.3.4 PWM逆變電路的諧波分析

22、逆變電路的諧波分析c +kr)角頻率角頻率 (nww1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-諧波振幅0.20.40.70.81.01.21.4kna=1.0a=0.8a=0.5a=0不同調(diào)制度不同調(diào)制度a時(shí)單相時(shí)單相橋式橋式PWM逆變電路逆變電路輸出電壓頻譜圖。輸出電壓頻譜圖。1）單相的分析結(jié)果單相的分析結(jié)果諧波角頻率為諧波角頻率為:rcwwkn式中，n=1,3,5,時(shí)，k=0,2,4, ； n=2,4,6,時(shí)，k=1,3,5, PWM波中不含低次諧波，只含波中不含低次諧波，只含w wc及其附近的諧波以及其附近的諧波以及及2w wc、3w wc等及其附近的諧波。等及其附近的諧

23、波。單相單相PWM橋式逆變電路輸出電壓頻譜圖橋式逆變電路輸出電壓頻譜圖7-314.3.4 PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析2）三相的分析結(jié)果三相的分析結(jié)果公用載波信號(hào)時(shí)的情況公用載波信號(hào)時(shí)的情況輸出線電壓中的諧輸出線電壓中的諧波角頻率為波角頻率為rcwwkn式中，式中，n=1,3,5,時(shí)，時(shí)，k=3(2m1)1，m=1,2,； n=2,4,6,時(shí)時(shí)，-。, 2 , 116, 1 , 016mmmmk1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-0.20.40.70.81.01.2kna=1.0a=0.8a=0.5a=0角頻率(nwc +kwr)三相逆變電路輸出線電壓頻譜圖

24、三相逆變電路輸出線電壓頻譜圖諧波振幅7-324.3.4 PWM逆變電路的諧波分析逆變電路的諧波分析1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-0.20.40.70.81.01.2kna=1.0a=0.8a=0.5a=0三相逆變電路輸出線電壓頻譜三相逆變電路輸出線電壓頻譜諧波振幅100 2+-1234+-0 2+-4+-0 1+-3+-5+-諧波振幅0.20.40.70.81.01.21.4kna= 1.0a= 0.8a= 0.5a= 0單相逆變電路輸出電壓頻譜單相逆變電路輸出電壓頻譜 三相和單相比較，共同點(diǎn)是都不含低次諧波，一個(gè)較顯著三相和單相比較，共同點(diǎn)是都不含低次諧波，一個(gè)較

25、顯著的區(qū)別是載波角頻率的區(qū)別是載波角頻率wc整數(shù)倍的諧波沒有了，諧波中幅值整數(shù)倍的諧波沒有了，諧波中幅值較高的是較高的是wc2wr和和2wcwr。 SPWM波中諧波主要是角頻率為波中諧波主要是角頻率為wc、2wc及其附近的諧波，及其附近的諧波，很容易濾除。很容易濾除。7-334.3.5 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù) 前面所述的前面所述的PWM控制技術(shù)都是以輸出電壓近控制技術(shù)都是以輸出電壓近似正弦波為目標(biāo)的。似正弦波為目標(biāo)的。 但是，在但是，在交流電機(jī)交流電機(jī)中，實(shí)際需要保證的應(yīng)該是中，實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流正弦波電流，因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)繞組中只有通入，因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)繞組中只有通入三相平衡

26、的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值，不含脈動(dòng)分量。因此，若能恒定值，不含脈動(dòng)分量。因此，若能對(duì)電流實(shí)對(duì)電流實(shí)行閉環(huán)控制行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。 最常用的電流跟蹤式最常用的電流跟蹤式PWM逆變器是電流滯環(huán)逆變器是電流滯環(huán)跟蹤控制。跟蹤控制。7-34 1)電流跟蹤型電流跟蹤型PWM變流電路變流電路滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例舉例基本原理基本原理電流控制器是帶滯環(huán)的比較電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為器，環(huán)寬為2h。把指令電流

27、把指令電流 i* 和實(shí)際輸出電和實(shí)際輸出電流流i的偏差的偏差 i*-i 作為滯環(huán)比較作為滯環(huán)比較器的輸入。器的輸入。將給定電流將給定電流 i* 與輸出電流與輸出電流 i進(jìn)行比較，電流偏差進(jìn)行比較，電流偏差 i超超過時(shí)過時(shí) h，經(jīng)滯環(huán)控制器控，經(jīng)滯環(huán)控制器控制逆變器上（或下）橋臂的制逆變器上（或下）橋臂的功率器件動(dòng)作功率器件動(dòng)作。 V1（或（或VD1）通時(shí)，）通時(shí)，i 增大增大V2（或（或VD2）通時(shí)，）通時(shí)，i 減小減小4.3.5 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)7-35 如果如果 i i* ， 且且 i* - i h，控制器輸出正，控制器輸出正電平，驅(qū)動(dòng)電平，驅(qū)動(dòng)V1導(dǎo)通，逆變器輸出正電壓，導(dǎo)

28、通，逆變器輸出正電壓，使使i增大。增大。 直到達(dá)到直到達(dá)到 i = i* + h ， i = h ，使滯環(huán)翻，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，控制器輸出負(fù)電平，關(guān)斷轉(zhuǎn)，控制器輸出負(fù)電平，關(guān)斷V1 ，并經(jīng)，并經(jīng)延時(shí)后驅(qū)動(dòng)延時(shí)后驅(qū)動(dòng)V2。 但由于電感作用，電流不會(huì)反向，而是但由于電感作用，電流不會(huì)反向，而是通過通過VD2續(xù)流，使續(xù)流，使V2受到反向鉗位而不受到反向鉗位而不能導(dǎo)通。能導(dǎo)通。i逐漸減小，直到逐漸減小，直到i = i* - h時(shí)，到時(shí)，到達(dá)偏差的下限值，控制器再翻轉(zhuǎn)，又重達(dá)偏差的下限值，控制器再翻轉(zhuǎn)，又重復(fù)使復(fù)使V1導(dǎo)通。導(dǎo)通。 V1與與VD2交替工作，使輸出電流給定值交替工作，使輸出電流給定值之間的偏差保

29、持在范圍內(nèi)，在正弦波上之間的偏差保持在范圍內(nèi)，在正弦波上下作鋸齒狀變化。下作鋸齒狀變化。 輸出電流是十分接近正弦波的。輸出電流是十分接近正弦波的。 1)電流跟蹤型電流跟蹤型PWM變流電路變流電路圖圖7-22 滯環(huán)比較方式電流跟滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例蹤控制舉例4.3.5 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)7-36電流跟蹤電流跟蹤PWM控制控制tOiii*+ Ii*- Ii*圖7-23 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流圖7-22 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例參數(shù)的影響參數(shù)的影響環(huán)寬過寬時(shí)，開關(guān)頻環(huán)寬過寬時(shí)，開關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時(shí)，跟蹤誤環(huán)寬過窄時(shí)，跟蹤誤差小，但開關(guān)

30、頻率過差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。高，開關(guān)損耗增大。L大時(shí)，大時(shí)，i的變化率小，的變化率小，跟蹤慢；跟蹤慢；L小時(shí)，小時(shí)，i的變的變化率大，開關(guān)頻率過化率大，開關(guān)頻率過高。高。滯環(huán)環(huán)寬電抗器L的作用4.3.5 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)7-372) 三相的情況三相電流跟蹤型PWM逆變電路輸出波形三相電流跟蹤型PWM逆變電路4.3.5 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)7-383) 采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWMPWM變流電路有如下變流電路有如下特點(diǎn)特點(diǎn)。（1）硬件電路簡單。）硬件電路簡單。 （2）實(shí)時(shí)控制，電流響應(yīng)快。）實(shí)時(shí)控制，電流響應(yīng)快。 （3）不用

31、載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。）不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。 （4）和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流）和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流 中高次諧波含量多。中高次諧波含量多。 （5）閉環(huán)控制，是各種跟蹤型閉環(huán)控制，是各種跟蹤型PWMPWM變流電路的共同特點(diǎn)。變流電路的共同特點(diǎn)。4.3.5 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)7-394) 采用滯環(huán)比較方式實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制采用滯環(huán)比較方式實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤控制 把指令電壓把指令電壓u*和輸出電壓和輸出電壓u進(jìn)行比較，濾除偏差信號(hào)中進(jìn)行比較，濾除偏差信號(hào)中的諧波，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器，由比較器輸?shù)闹C波，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器，由比較器輸出控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電壓跟蹤