逆变器的PWM控制分解.ppt

逆变器的PWM控制 为何采用PWM控制？ 电压变换 极性变换 频率变换 为何采用PWM控制？ 主电路有两个可控的功率环节，需两套控制系统，相对来说比较复杂； 由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等大惯性元件存在，使系统的动态响应缓慢； 可控整流器使供电电源的功率因数随变频装置输出的频率的降低而变差，并产生高次谐波电流。 逆变器输出为六拍阶梯波交变电压，含有较多高次谐波，产生较大的脉动转矩，影响电机的稳定工作。 为何采用PWM控制？ 将通讯系统中的调制技术引入交流变频领域，采用脉宽调制（PWM）技术，可在逆变器上同时实现变压和变频，对非正弦供电电机来说，PWM可消除或消弱有害高次谐波。 为何采用PWM控制？ 主电路只有一个可控的功率环节，简化了结构； 使用了不可控整流器，可提高电网的功率因数； 逆变器在调频的同时实现调压，而与中间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应； 可获得比常规六拍阶梯波更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波，使负载电机可在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉动小，提高了系统的性能。 PWM基本原理 把一个正弦半波分作N等分，然后把每一等分的正弦曲线和横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。 PWM基本原理 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周等效。 上页图中一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出PWM波形。 由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，符合逆变器的电能直交变换模式。 SPWM原理 以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。 SPWM原理 SPWM的原理为在控制电路中调制，在主电路中输出。在控制电路中，一个频率为fr幅值为Ur的参考正弦波Wsin（调制信号）加载于频率为fc幅值为Uc的三角波WΔ（载波）后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM波Wspwm（已调制波），用已调制波的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即可使逆变器输出与已调制波Wspwm相似的SPWM电压波形，SPWM输入输出原理框图如下页所示： 在控制电路中，一个频率为fr幅值为Ur的参考正弦波Wsin（调制信号）加载于频率为ft幅值为Ut的三角波WΔ（载波）后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM波Wspwm（已调制波），用已调制波的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即可使逆变器输出与已调制波Wspwm相似的SPWM电压波形； SPWM原理 SPWM原理 调制度M：为正弦调制波参考信号幅值Urm与三角载波幅值Ucm之比，用公式表示为： 载波比N：为三角载波频率fc与正弦调制波参考信号频率fr之比，用公式表示为： SPWM分类 从调制脉冲的极性上 单极性脉宽调制：如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内 双极性脉宽调制：如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化 SPWM分类 从载频信号和参考信号的频率关系 异步调制：载波信号和调制信号不同步的调制方式。 同步调制： N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。 分段同步调制：把 fr 范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同； 单极性SPWM波形 单极性SPWM波形 当参考电压高于三角波电压时，相应输出电压为正电平，反之则产生零电平。 负半轴是用同样的方法调制后再倒相而成。 调制结果是产生等幅、不等宽的脉冲列。 逆变器主电路能对电机绕组的进线端提供三个不同的电位值 （参考点可任选取） 双极性SPWM波形 双极性SPWM调制方法和单极性相同； 双极性控制时逆变器同一桥臂上下两个器件交替通断，处于互补的工作方式。主电路提供 两个电位值。 双极性SPWM波形 双极性SPWM波形数学分析 双极性SPWM波形电压表达式为 写成傅立叶级数形式为 双极性SPWM波形数学分析 记作 式中 双极性SPWM波形数学分析 依据上页理论基础，可计算不同调制比M时的基波及主要高次谐波的相对值。 定义 通过同样的多次计算，在载波比N足够大，调制系数 时，可以得到以下结论： 双极性SPWM波形数学分析 a）基波分量与调制系数成正比