《新能源汽车电力电子技术》教案 第15课 了解PWM控制技术.docxVIP

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课题

了解PWM控制技术

课时

2课时（90min）

教学目标

知识目标：

了解PWM控制技术。

技能目标：

能正确测试单相SPWM逆变电路。

素质目标：

（1）树立民族自尊心、自豪感和文化自信。

（2）养成专注细致的工匠精神，树立职业理想。

教学重难点

教学重点：PWM控制技术的基本原理和应用，PWM逆变电路及控制方法

教学难点：PWM逆变电路及控制方法

教学方法

讲授法、问答法、讨论法、实践教学法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】班干部报请假人员及原因

任务导入

【教师】展示“形状不同而冲量相同的各种窄脉冲波形”图片（详见教材），讲述“任务导入”的相关内容

如果将冲量（幅值对时间的积分）相等而形状不同的窄脉冲分别加在具有惯性环节的输入端，则其输出响应波形基本相同。也就是说，尽管脉冲的形状不同，但只要冲量相等，其作用的效果基本相同，即面积等效原理，这也是PWM控制技术的重要理论依据。如图所示为形状不同而冲量相同的各种窄脉冲波形，它们在低频段取得的输出响应波形基本相同，仅在高频段略有差异。

【学生】聆听、观看、理解、记忆

传授新知

【教师】讲解新知

6.2.1PWM控制技术概述

1．PWM控制技术的基本原理

【教师】展示“利用SPWM波代替正弦半波的过程”图片（详见教材），讲解新知

根据面积等效原理，将其分割成宽度相等、但幅值不同的7个窄脉冲。此时利用7个幅值相等，但宽度不同的矩形脉冲去代替正弦半波的7个窄脉冲。只要确保每个矩形脉冲的面积与所对应的窄脉冲面积相同，且矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦规律变化，则PWM波就可以等效于正弦波。此时得到的波形称为SPWM波形，脉冲频率越高，则SPWM波形越接近正弦波。

PWM控制技术是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需波形（含形状和幅值）的技术，实现PWM控制的关键就在于确定各矩形脉冲的宽度。

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

如何确定各矩形的宽度？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

以调制SPWM波形为例，确定各矩形脉冲宽度的方法主要有计算法和调制法两种。

计算法：根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数目等参数计算PWM波各脉冲宽度和间隔。

调制法：根据等腰三角波与正弦波相交的方法确定各矩形脉冲的宽度。

【教师】讲述“点拨”的相关内容

一般将需要合成的信号称为调制信号，如正弦波和非正弦波等。而用于传递调制信号的高频信号称为载波，如等腰三角波和锯齿波等。调制就是选择合适的载波来传递调制信号的过程。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

2．PWM控制技术的应用

【教师】组织学生扫码观看“PWM控制技术在新能源汽车上的应用”微课视频（详见教材），提出问题，随机邀请学生回答

根据视频内容，说说PWM控制技术的应用。

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

PWM控制技术的应用使电力电子装置的性能大大提高，应用PWM控制技术的电力变换电路主要有PWM逆变电路、直流斩波电路、PWM整流电路、斩控式调压电路以及矩阵式变频电路等。

【教师】讲述“点拨”的相关内容

由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波，此类应用有直流斩波电路、PWM逆变电路和PWM整流电路等。由交流电源产生的PWM波通常是不等幅PWM波，此类应用有斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路等。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

6.2.2PWM逆变电路及控制方法

根据输入端电源性质的不同，PWM逆变电路可分为电压型和电流型两种，但在实际应用中，多采用电压型PWM逆变电路。根据调制脉动极性的不同，PWM的控制方式可分为单极性控制和双极性控制两种；根据载波信号和控制信号频率关系的不同，PWM的控制方式可分为同步调制和异步调制两种。

1．单相桥式电压型PWM逆变电路

【教师】展示“单相桥式电压型PWM逆变电路”图片（详见教材），提出问题，随机邀请学生回答

图示电路中，负载的性质是什么？

【学生】聆听、观察、思考、回答

【教师】总结学生回答，展示“单极性SPWM控制方式下电路的工作波形”图片（详见教材），讲解新知

如图所示单极性SPWM控制方式下电路的工作波形中，黑色线条表示uc，它在正半周为正极性的等腰三角波，在负半周为负极性的等腰三角波；蓝色实线表示ur，即希望获得的正弦波。ur在过零点处控制开关器件Q1、Q2的开通和关断，在ur与uc的交点处控制开关器件Q3、Q4的开通和关断，具体控制过程如下。

（1）在ur的正半周，始终保持Q1开通、Q2关断。当uruc时，Q4开通、Q3关断，