第四 控制技§4- 控制的基本原§4- 逆變電路及其控制方§4- 控制技§4- 整流電路及其——PulseWidth 控制的基本原。有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本。解釋之一：慣性環(huán) 慣性環(huán)慣性環(huán)慣性環(huán)慣性環(huán)節(jié)含有儲能元件，對突變的輸入信號不能立即其運動Tdy(t)y(t)x(t其中，T為時間常數(shù)，K為慣性環(huán)節(jié)增益。其傳遞函1G(s)Y(s)X

u(t

i(t 1面積1有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本解釋之二：

u(t

ii(tOtOtd 。。

1面積1有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本。解釋之三：。解釋之四：基本

i(tu(i(t1面積1“面積等效原理Ri(tu(i(t特特正弦波脈寬調(diào)制 u思想：用一組等幅不等的矩形脈沖來等效正弦波。原則：分段面積相等

弦規(guī) 假設(shè)將正弦半波按橫坐標平分為72正弦波脈寬調(diào)制 根據(jù)面積相等的原

uUmsint

2n

sin(t)d(t i i 0 sinsin0 i i

Um

所以

2正弦波脈寬調(diào)制 u0u0★

負半周如何表示πUmiid弦規(guī)率變化時則稱為正弦波脈寬調(diào)制，簡稱 2正弦波脈寬調(diào)制 U -U負載波2正弦波脈寬調(diào)制 UO-U

單極性UO-U

2正弦波脈寬調(diào)制 ★等 逆變整流

★不等 O-

2正弦波脈寬調(diào)制 波可等效各種

等效成其他所需波形，如-

所需波

等效 §4.2.1 波形的§4.2.2 的基波§4.2.3異步調(diào)制和§4.2.4自然采樣法與規(guī)則采 逆變電路§4.2.6提高直流電壓利用率§4.2.7空間矢 控 策 如何控制開關(guān)器獲取期望性§4.2.1 波形的根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計 波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電 存在的問 調(diào)定義 三角載波或鋸齒載波的 ★逆變器 控制方方式一（單極性控制）當輸出電壓為正半波時，V1常通，V2常斷V3與V4交替通當輸出電壓為負半波V1常斷V2常通；方式二（雙極性控制）同時對V1V4與V2V3進行脈寬調(diào)制互補方式三（倍頻單極性控制）調(diào)制波反相倍頻單極性 控載波反相倍頻單極性 控

載波與表示，其頻率為fc調(diào)制波為正弦波，ur表示，其頻率為

電載調(diào)制問問Ud 單極性 控制方★控制規(guī)輸出正半波：V1通V2 和Ud兩種輸出負半波：V1斷V2 負載電壓存在 和?Ud

載 調(diào)制單極性 控制方

-

電單極性電問問實現(xiàn)單極性調(diào)制0

調(diào)制雙極性 控制方控制規(guī)律補控當urucV1、V4當urucV1、V4 0負載電壓存在0和?Ud兩種電

-電

調(diào)制

雙極性 控制方脈寬調(diào)制波有正有載波有正有雙極性

-電

問實問實現(xiàn)雙極性調(diào)制0

調(diào)制 調(diào)制000 調(diào)制000量相對較小，模擬實 控制電路相對復(fù) 調(diào)制0 調(diào)制000載波頻率相 三相橋式電壓型逆變器 控22均 極性 控制方 三相橋式電壓型逆變器 控★U相的控當urU>ucV1導(dǎo)通，V4關(guān)當urU<ucV4導(dǎo)通，V1關(guān)斷，uUN'=?Ud/2當給V1(V4加導(dǎo)通信號時，可能是V1(V4能U是VD1(VD4)導(dǎo) Ud2雙極性互補控 三相橋式電壓型逆變器 控當ur>uc當ur<uc22三相橋式電壓型逆變器 控uUN'、uVN'和uWN'的波輸出線電壓波由±Ud(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共 逆變器相同特定諧波消除計算法 ）——計算利 波形的傅立定諧波幅值為零以及

輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各3次（不包括0和u0波幅值控制方程式的聯(lián)2立，求 波形脈 2沿的轉(zhuǎn)換角，從而實 2S

脈沖信號的發(fā)Ud

a1a2

確定開通與關(guān)斷 特定諧波消除計算法 u0(t)u0(πt為消除諧波中余弦項，應(yīng)使波形在正半周期內(nèi)前后1/4周期以π/2為軸線對稱u0(t)u0(t2四分之一周期對稱波 2 特定諧波消除計算法 u0(t)u0(tu0(t)

ansin(ntu0(t)u0(πt

式中，an

an

2u(t)sinntd 特 傅氏級數(shù)中各項的系數(shù)實際 就是基波與各次諧波的幅值意為什 特定諧波消除計算法 能獨立控制

、

2和a3

3個時刻，該波形的a

2

a1a2an

004

1

sin(nt)d(t)

2(

)sin(nt)d(t)π0

1 13 dsin(nt)d(t)2( d)sin(nt)d(t)

2Ud(12cosn2cosn2cosn 特定諧波消除計算法

a2Ud(12cosn2cosn2cosn

為消除5、7次諧波，可令 2Ud(12cos2cos2cos)π πa 2Ud(12cos52cos52cos5)

a

(12cos72cos72cos7)

求解上式可得α1、α2及α3。特定諧波消除計算法 2 2輸出電壓半個周期內(nèi)器件開 3可消除3?1=2種諧波。

a1a2依此類推，若要消和諧波，則則可消除K?1種特定次數(shù)的諧波。K值越大 波形的0

t0 t 單極性驅(qū)動信號生成電

雙極性驅(qū)動信號生成優(yōu)點延時缺點

雙極性驅(qū)動信號生成單極性驅(qū)動信號生成 波形的★單片機生成 ★模數(shù)混合生成法 波形的★采 集 或集 ：UC3637，UC3842，UC3525等 波形，TI公司的TMS320F2407、出12 波形高性能 變換電路的常用控制方脈寬調(diào) 脈寬調(diào)載波比

N 器件所允許的開關(guān)頻 變頻器的最高輸出為使輸出盡可能正弦，希望載波比N較大即在逆變器最高輸出頻率一定時，應(yīng)有較高的器件關(guān)頻率;市場上的通用逆變器中開關(guān)器件常以GTR 為主 脈寬調(diào)

調(diào)制比（調(diào)制度

調(diào)制波幅值

調(diào)制比（調(diào)制度

為什最小脈沖寬度>最小脈沖間歇時間> 最小脈沖寬度>最小脈沖間歇時間> §4.2.2 的基波★目的：從另一角度說明 的等效 因為u(t)u(tu(t)u(πt

uuu所以

o

k

Ukmsin

π2π2其中

π0u(t)sin(kt)d(t

(k1,3, 計算方在半個周期內(nèi)包括n個脈沖。將脈沖序列u(t)展開成πunuunuUmsin0ui0

πi1π2i1 計算第i個脈沖的起始相位、終止相位unuUmsin0u0unuUmsin0u0

2i

π

則U

2

1i

i sin(kt)d(tn 1 nπi

2

(2i

ki kπsin

i1 計算方基波電壓幅值

n (2i

sini

n

(2i1)πi

sin 2

i1

i2i12i1id d nsin(2i1)ππUmsin(2iπdπdn正弦波脈n正弦波脈寬調(diào)制的等效

(2i1)π

nUm

1

cosnin1§4.2.3同步調(diào)制和1同步調(diào)變頻時載波與調(diào)制波的頻率保持同步變化，載波比N

難以優(yōu)化設(shè)計濾波器參1同步1低低頻特性好，還是高頻特性好1同步1ffc=225Hz，fr=25Hz，1同步1 tfc=450Hz，fr=50Hz，

fc=900Hz，fr=100Hz，2異步調(diào)2對于任意的調(diào)制波頻率，載波頻率恒定的當調(diào)制波頻率fr變低時，載波比N個調(diào)制波周期中的脈沖 異步對于任意的調(diào)制波頻率，載波頻率恒定的

濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計較為容當調(diào)制波頻率fr變低時，載波比N個調(diào)制波周期中的脈沖2低頻特性好，還是高2低頻特性好，還是高頻當當調(diào)制波頻率較低時，由于一個調(diào)制波周期中的脈沖沖波形的不對稱性造成的基波相位跳動當調(diào)制波頻率較高時，由于一個調(diào)制波周期中的脈沖沖波形的不對稱性造成的基波相位跳動相對較大。3分段同步調(diào)3在fr高的頻段采用較低的N在fr低的頻段采用較高的N3的奇數(shù)倍?！?.2.4自然采樣法與規(guī)則 完全按照 生成的基本原理，嚴 由右圖顯而易t1t2

tt 1u自然采樣 1u Aurasin(rt

2t2t Tc/2

t21asin

rtATc/2

t22 1asin(rtB2

1

asin(

)sin(t

2 2

自然采uu

t2

c12

2

rtA)

rtB

t' t'第n個周期的三角

asin( )14 (n5)T T T asin( )14 (n3)TT4 T4c方程，且脈沖波形關(guān)于三角波周期中心線不因此，運算求解較 規(guī)則采一種近似算法，其生成的S波形的效果接期的中線對稱（如圖）Tc/2 / 1asin(rtD脈沖寬度Tc[1asin(

2規(guī)則采2 Tc[1asin(t asin(t

設(shè)： asin(t120

Tc[1asin(t u asin(t240u

2

[1asin(rtABC2BC 4據(jù)此知其二 逆變電路1在工程中對S波形的生成往往采用規(guī)則采樣法或集成電路器件，這并不能保證脈寬調(diào)制出的S波形失真。 對濾波器的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義當采用異步調(diào)制時，S的波形調(diào)制在調(diào)制考慮以載波角頻率ωc為基準，采重傅立葉級數(shù)諧波分析法，其變頻帶諧波分布情況以描述S諧波及其特征。的同單相橋 逆變電路輸出電壓頻譜分r單相雙極性 諧波方程r sin(t)

J(

sinnπcos(nNt

π

J0

n

π)cos[(nNk)tk

kπ]r n1.2... r式中，ωr為調(diào)制MＮ載波n為相對于載波的諧波 單相橋 逆變電路輸出電壓頻譜分

50--0--+0-0123角頻率(nc+krn為相對于載波的諧波單相橋 逆變電路輸出電壓頻譜分高諧波頻率可以改

10--0--+0- 123角頻率(nc+krn為相對于載波的諧波 控制的波形品質(zhì)。M為調(diào)制度Ｎ載波三相橋 逆變電路輸出電壓頻譜分三相雙極性 諧波方程

3MUcos(tπ)

U

J0

nk

n1.2... sin(mNk)πsin[(nNk)(tπ)k 式中，ωr為調(diào)制MＮn為相對于載波的諧波 三相橋 逆變電路輸出電壓頻譜分

10--0-0-0123

角頻率(nc+kr結(jié)輸出 三相 §4.2.6提高直流電壓利用率★★提高直流電壓利用率可提高逆變器的輸如何提高直流電壓利用★減少器件的開關(guān)次數(shù)可以降低開關(guān)損如何提高直流電壓利用流電壓利用率——逆變電路輸出交流電壓基正弦波調(diào)制的三 逆變電路，調(diào)制度a

3Ud/2，直180度導(dǎo)電型控制的三相電壓型逆變器，其23Ud/π11Ud，為什 逆變器具有較高的直流電壓利用率180度導(dǎo)電型 控制可以等效為180度 （過調(diào)制），從而使直流電壓利用率得以★問題能能否使正弦調(diào)制波的幅值大于三角載波的峰值，使過調(diào)制，達到提高直流電壓利用率導(dǎo)致波形畸變，使 輸出諧波增加1梯形1當梯形波幅值和三角波幅值相等時，梯形波含的基波分量幅值更=0時梯形波變?yōu)榫匦尾ǎ?1時梯形波變?yōu)椴?/p>

σ

δ

輸出波形中含5次7次等低次諧梯形波為調(diào)制信號 控制 鞍形調(diào)制波 控 u 的基波分量幅另一種解 基于線電壓的 控制方 +

U

V

NW -

綜合優(yōu)化 控在提高直流電壓利用率的同時，有效降關(guān)管的開關(guān)損耗， 控制得到綜合優(yōu)化 為有效降低開關(guān)損耗，所選取 調(diào)案波應(yīng)使功率管 調(diào)制周期出現(xiàn)“不調(diào)制“不可調(diào)制區(qū)段”最長過1/3調(diào)制波周期。在調(diào)制波的負側(cè)出現(xiàn)120o的“ 綜合優(yōu)化 控upmin(urU1,urV1,urW1)三相的調(diào)制信號分別為u urUu urV

uu

rW U相調(diào)制波與載波及輸 線電壓

10-202u10-202

tt ttW相調(diào)制波與載波及輸 綜合優(yōu)化 控不論urU1、urV1和urW1幅值的大小，urU、urV控制，因此也稱為兩相控制方式優(yōu)點§4.2.7空間矢 控制—— 逆變電路的多串聯(lián)多重:各電壓型逆變單元輸出串聯(lián)，提高并聯(lián)多重:各電流型逆變單元輸出并聯(lián)，增大 逆變電路變壓器

電抗器

uc1uc2u

2O 2

Ot-輸出端相對于直流電源中點N’ t tO輸出線電壓共有0、(±1/2)Ud2O2t2O2t

uc1uc2

器所需的電感量就越

tOtttOttOttO-§4.3.1滯環(huán)§4.