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《电力电子技术》电子教案 第7章 PWM控制技术 第7章 PWM控制技术 引言 7.1 PWM控制的基本原理 7.2 PWM逆变电路及其控制方法 7.2.1 计算法和调制法 7.2.2 异步调制和同步调制 7.2.3 规则采样法 7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数 7.2.6 PWM逆变电路的多重化 7.3 PWM跟踪控制技术 7.3.1 滞环比较方式 7.3.2 三角波比较方式 7.4 PWM整流电路及其控制方法 7.4.1 PWM整流电路的工作原理 7.4.2 PWM整流电路的控制方法 本章小结 引 言 PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，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） 第3、4章已涉及这方面内容 第3章：直流斩波电路采用 第4章有两处： 4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路 本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术 也介绍PWM整流电路 7.1 PWM控制的基本原理 理论基础 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 冲量指窄脉冲的面积 效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同 低频段非常接近，仅在高频段略有差异 一个实例 图7-2a的电路 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图7-1a、b、c、d所示 电路输出：i(t)，图7-2b 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等 宽度按正弦规律变化 等幅PWM波和不等幅PWM波 由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波 如直流斩波电路及本章主要介绍的PWM逆变电路，7.4节的PWM整流电路 输入电源是交流，得到不等幅PWM波 4.1节讲述的斩控式交流调压电路，4.4节的矩阵式变频电路 基于面积等效原理进行控制，本质是相同的 PWM电流波 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波 PWM波形可等效的各种波形 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形 还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理 7.2 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 本节内容构成了本章的主体 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 7.2.1 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 繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化 控制规律 输出电压uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断 负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负 负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0 负载电流为负的区间， V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud 负载电流为负的区间， V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0 uo总可得到Ud和零两种电平 uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断 uo可得 -Ud和零两种电平 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断 ur正半周，V1保持通，V2保持断 当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud 当uruc时使V4断，V3通，uo=0 ur负半周，V1保持断，V2保持通 当uruc时使V3通，V4断，uo=-Ud 当uruc时使V3断，V4通，uo=0 虚线uof表示uo的基波分量 当ur uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号 如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通， uo=Ud 当uruc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号 如io0，V2和V3通，如io0，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