1、-1-电力工程系电力工程系第第5章章 PWM控制技术控制技术 PWM（Pulse Width Modulation）控制）控制 对脉冲的宽度进行调制的技术，通过对一系列脉冲的宽度进对脉冲的宽度进行调制的技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。通过改变脉冲宽度控制逆变器输出交流基波电压的幅值；通通过改变脉冲宽度控制逆变器输出交流基波电压的幅值；通过改变调制周期可以控制其输出频率。过改变调制周期可以控制其输出频率。优点：功率因数高、有效地进行谐波抑制、动态响应快。优点：功率因数高、有效地进行谐波抑制、动态响应
2、快。缺点：高次谐波、缺点：高次谐波、du/dt、电磁干扰、电磁干扰-2-电力工程系电力工程系5.1 概述概述 变频器发展变频器发展 1964年德国人年德国人A.Schonung和和H.stemmler首先提出把这项通首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中。讯技术应用到交流传动中。70年代，主电路采用年代，主电路采用GTO和和GTR、控制策略采用、控制策略采用V/F控制。控制。80年代之后，主电路采用年代之后，主电路采用IGBT，控制策略采用矢量控制，控制策略采用矢量控制和直接转矩控制。和直接转矩控制。90年代，变频器在工业领域应用已非常普及。年代，变频器在工业领域应用已非常普及。-3-电力工程
3、系电力工程系第第5章章 PWM控制技术控制技术5.1 概述概述5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法5.4 多电平逆变器的多电平逆变器的PWM控制控制 -4-电力工程系电力工程系5.1 概述概述 冲量（面积）等效原理冲量（面积）等效原理 大小、波形不相同的窄脉冲大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只变量作用于惯性系统时，只要它们的冲量即变量对时间要它们的冲量即变量对时间的积分相等，其作用效果基的积分相等，其作用效果基本相同。本相同。图图a-d四种激励分别加在具四种激励分别加在具有惯性的阻感负载时，其输有惯性的阻感
4、负载时，其输出响应基本相同。出响应基本相同。f(t)d(t)tOa)b)c)d)tOf(t)tOf(t)tOf(t)图图a、b、c、d分别为方波、三角波、正分别为方波、三角波、正弦半波窄脉冲、单位冲击函数弦半波窄脉冲、单位冲击函数（t），面积都等于面积都等于1。-5-电力工程系电力工程系i(t)u(t)i(t)t0冲量相同的各种窄脉冲的响应波形冲量相同的各种窄脉冲的响应波形5.1 概述概述u(t)为电压窄脉冲，输出为电压窄脉冲，输出i(t)的上升阶段随脉冲形状不同的上升阶段随脉冲形状不同略有不同，但其下降段则几略有不同，但其下降段则几乎完全相同；乎完全相同；脉冲越窄，各脉冲越窄，各i(t)波形
5、的差异波形的差异也越小；也越小；输出波形的傅里叶变换分析：输出波形的傅里叶变换分析：低频段非常接近，仅在高频低频段非常接近，仅在高频段略有差异。段略有差异。-6-电力工程系电力工程系5.1 概述概述SPWM（正弦脉冲宽度调制）：（正弦脉冲宽度调制）：将正弦波分成将正弦波分成N个彼此相连的个彼此相连的脉冲序列所组成的波形，用相脉冲序列所组成的波形，用相同数量的等幅不等宽的矩形脉同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲和相应的冲代替，使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，可得正弦波部分面积相等，可得SPWM脉冲序列。脉冲序列。-7-电力工程系电力工程系第第5章章 PWM控制技术控制技术5.1
6、概述概述5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法5.4 多电平逆变器的多电平逆变器的PWM控制控制 -8-电力工程系电力工程系5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法5.2.2 SPWM的基波电压的基波电压5.2.3 脉宽调制的制约条件脉宽调制的制约条件5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制5.2.5 SPWM控制的控制的实现方法实现方法5.2.6 PWM逆变电路的逆变电路的谐波分析谐波分析5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化-9-电力工程系电力工程
7、系5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 计算法计算法 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波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，就可得到所需可得到所需PWM波形。波形。调制法调制法 把希望输出的波形（正弦波）按比例缩小作为调制信号，把把希望输出的波形（正弦波）按比例缩小作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过载波的调制得到所期望的接受调制的信号作为载波，通过载波的调制得到所期望的PWM波形。波形。-10-电力工程系电力工程系5.2.1 计算法和调制法计算法和调制
8、法 调制波调制波 把希望输出的波形作为调制信号在把希望输出的波形作为调制信号在SPWM中采用中采用正弦波正弦波作为调制波。作为调制波。载波载波 把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的期望的PWM波形波形 载波：载波：三角波三角波或锯齿波或锯齿波 原因：等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关原因：等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系，且左右对称。系，且左右对称。-11-电力工程系电力工程系uOtOtuoUd-Ud5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 调制法：单极性调制和双调制法：单极性调制和双极性调制。极性调制。单极
9、性单极性PWM控制方式控制方式 调制信号调制信号ur为正弦波为正弦波 载波载波uc为三角波为三角波 在在ur和和uc的交点时刻控制的交点时刻控制IGBT的通断的通断urucuo-12-电力工程系电力工程系图6-5urucuOtOtuouofuoUd-Ud5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 单极性单极性PWM控制规律控制规律 Ur正半周正半周u当当uruc时，时，uo=Udu当当 uruc时，时，uo=0u当当 uruc时，驱动时，驱动V1、V4u如如io0，则，则V1和和V4通通u如如io0，VD1和和VD4通通 u不管哪种情况不管哪种情况uo=Ud 当当uruc时，驱动时，驱动V2、V
10、3u如如io0，VD2和和VD3通通 u不管哪种情况不管哪种情况uo=-Ud-16-电力工程系电力工程系三相桥逆变电路三相桥逆变电路5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 双极性双极性PWM控制方式控制方式 三相的三相的PWM控制公用三角控制公用三角波载波波载波uc，三相的调制信号，三相的调制信号依次相差依次相差120。当当urAuc时，时，V4关断，关断，V1或或VD1导通，则导通，则uAN=Ud/2 当当urAuc时，时，V1关断，关断，V4或或VD4导通，则导通，则uUN=-Ud/2-17-电力工程系电力工程系图6-8ucurAurBurCuuANuBNuCNuANuABUd-UdOt
11、OOOOOttttt2Ud-2Ud2Ud-2Ud2Ud3Ud32Ud5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 双极性双极性PWM控制方式控制方式 uAN、uBN和和uCN的的PWM波形只有波形只有Ud/2两种电平两种电平 线电压波形线电压波形uAB的波形可的波形可由由uAN-uBN得出得出 逆变器输出线电压逆变器输出线电压PWM波由波由Ud和和0三种电平构三种电平构成成-18-电力工程系电力工程系 负载相电压负载相电压uAN可由下式求得可由下式求得 负载相电压负载相电压PWM波由波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和和0共共5种电平种电平组成组成3CNBNANANANuuuuu-5.2.1 计算
12、法和调制法计算法和调制法-19-电力工程系电力工程系5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 死区时间：死区时间：同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通而造成短路，在上下两臂切换时留一小段上下臂都臂直通而造成短路，在上下两臂切换时留一小段上下臂都关断的死区时间。即先关断，后导通。关断的死区时间。即先关断，后导通。死区时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决定。死区时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决定。死区时间会给输出的死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。弦波。-20-电力工程系电力工程系5.2
13、逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法5.2.2 SPWM的基波电压的基波电压5.2.3 脉宽调制的制约条件脉宽调制的制约条件5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制5.2.5 SPWM控制的控制的实现方法实现方法5.2.6 PWM逆变电路的逆变电路的谐波分析谐波分析5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化-21-电力工程系电力工程系5.2.2 SPWM的基波电压的基波电压 SPWM脉冲电压脉冲电压：脉冲宽度按照正弦规律变化的脉冲电压：脉冲宽度按照正弦规律变化的脉冲电压序列。序列。其基波电压幅值与各段脉宽有着直接关系，改变各个脉冲
14、其基波电压幅值与各段脉宽有着直接关系，改变各个脉冲的宽度，就可以平滑地调节逆变器输出电压基波幅值。的宽度，就可以平滑地调节逆变器输出电压基波幅值。脉冲数脉冲数n足够大时，足够大时，SPWM逆变器输出脉冲序列的基波电逆变器输出脉冲序列的基波电压正是调制时所要求的等效正弦波。压正是调制时所要求的等效正弦波。-22-电力工程系电力工程系5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法5.2.2 SPWM的基波电压的基波电压5.2.3 脉宽调制的制约条件脉宽调制的制约条件5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制5.2.5 SPWM控制的控制的实现方法
15、实现方法5.2.6 PWM逆变电路的逆变电路的谐波分析谐波分析5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化-23-电力工程系电力工程系5.2.3 脉宽调制的制约条件脉宽调制的制约条件1.开关频率限制开关频率限制 开关频率越高，开关频率越高，SPWM波形的脉冲数越多，其基波越接近波形的脉冲数越多，其基波越接近期望的正弦波。期望的正弦波。电力电子器件的开关能力是有限的，因此在应用脉宽调制技电力电子器件的开关能力是有限的，因此在应用脉宽调制技术时必然要受到一定条件的制约。术时必然要受到一定条件的制约。载波比载波比：载波频率：载波频率fc与调制信号频率与调制信号频率fr之比，之比，N=fc/fr
16、-24-电力工程系电力工程系5.2.3 脉宽调制的制约条件脉宽调制的制约条件2.最小间歇时间与幅值调制比最小间歇时间与幅值调制比 最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间ton，而最小脉冲间歇大于器件的关断时间而最小脉冲间歇大于器件的关断时间toff 幅值调制比幅值调制比uM=Urm/UcmuM=01-25-电力工程系电力工程系5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法5.2.2 SPWM的基波电压的基波电压5.2.3 脉宽调制的制约条件脉宽调制的制约条件5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制5.2.5 S
17、PWM控制的控制的实现方法实现方法5.2.6 PWM逆变电路的逆变电路的谐波分析谐波分析5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化-26-电力工程系电力工程系5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制载波和信号波是否同步载波和信号波是否同步即载波比的变化情况即载波比的变化情况异步调制异步调制PWM调制方式分为调制方式分为同步调制同步调制-27-电力工程系电力工程系5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 异步调制异步调制 载波信号和调制信号不同步的调制方式，通常保持载波信号和调制信号不同步的调制方式，通常保持fc固定不固定不变，当变，当fr变化时，载波比变化时，载波比N是
18、变化的是变化的 缺点：缺点：u在信号波的半周期内，在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉周期的脉冲也不对称。冲也不对称。u当信号频率增高时，当信号频率增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，使得输减小，一周期内的脉冲数减少，使得输出出PWM波和正弦波差异变大。波和正弦波差异变大。-28-电力工程系电力工程系5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 同步调制同步调制 在变频（在变频（fr变化）时，载波比变化）时，载波比N不变，载波与信号波保持同不变，
19、载波与信号波保持同步。步。信号波一周期内输出脉冲数是固定，脉冲相位也是固定的。信号波一周期内输出脉冲数是固定，脉冲相位也是固定的。三相电路中公用一个三角波载波，且取三相电路中公用一个三角波载波，且取N为为3的整数倍，使的整数倍，使三相输出波形严格对称。三相输出波形严格对称。为使一相的为使一相的PWM波正负半周镜对称，波正负半周镜对称，N应取奇数。应取奇数。-29-电力工程系电力工程系5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 同步调制缺点：同步调制缺点：当逆变电路输出频率很低时，当逆变电路输出频率很低时，fc也很低，也很低，fc过低时由调制带过低时由调制带来的谐波不易滤除。来的谐波不易滤
20、除。当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率fc会过会过高，使开关器件难以承受。高，使开关器件难以承受。-30-电力工程系电力工程系5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 分段同步调制分段同步调制 把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内保持保持N恒定，不同频段的恒定，不同频段的N不同。不同。在在fr高的频段采用较低的高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高，限制功，使载波频率不致过高，限制功率开关器件允许的范围。率开关器件允许的范围。在在fr低的频段采用较高的低的频段
21、采用较高的N，使载波频率不致过低而对负载，使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。产生不利影响。-31-电力工程系电力工程系5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制 为防止载波频率在切换点附为防止载波频率在切换点附近跳动，采用滞后切换的方近跳动，采用滞后切换的方法。法。在不同的频率段内，载波频在不同的频率段内，载波频率的变化范围基本一致，率的变化范围基本一致，fc大约在大约在1.42.0kHz之间。之间。-32-电力工程系电力工程系5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法5.2.2 SPWM的基波电压的基波电压5.2.3 脉宽调制的制
22、约条件脉宽调制的制约条件5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制5.2.5 SPWM控制的控制的实现方法实现方法5.2.6 PWM逆变电路的逆变电路的谐波分析谐波分析5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化-33-电力工程系电力工程系5.2.5 SPWM控制的实现方法控制的实现方法模拟实现方法模拟实现方法数字实现方法数字实现方法等效面积算法等效面积算法自然采样法自然采样法规则采样法规则采样法SPWM专用集成电路芯片专用集成电路芯片-34-电力工程系电力工程系5.2.5 SPWM控制的实现方法控制的实现方法模拟实现方法：模拟实现方法：采用模拟电路实现采用模拟电路实现-35-电力
23、工程系电力工程系5.2.5 SPWM控制的实现方法控制的实现方法 自然采样法自然采样法 按照按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关的通断。点时刻控制功率开关的通断。规则采样法规则采样法 工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量比自然采样法工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量比自然采样法小得多。小得多。-36-电力工程系电力工程系ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 22规则采样法规则采样法 5.2.5 SPWM控制的实现方法控制的实现方法 取三角波两个正峰值之间取三角波两个正峰值之间为一个采样周期为一个
24、采样周期Tc 使脉冲中点使脉冲中点 和三角波一周和三角波一周期的中点（即负峰值点）期的中点（即负峰值点）重合，每个脉冲的中点都重合，每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对以相应的三角波中点为对称，使计算大为简化。称，使计算大为简化。-37-电力工程系电力工程系ucuOturTcADBOtuotAtDtBd dd d d d 2d d2d d规则采样法规则采样法 5.2.5 SPWM控制的实现方法控制的实现方法 在三角波的负峰时刻在三角波的负峰时刻tD对对正弦信号波采样得正弦信号波采样得D点，点，过过D点作一水平直线和三点作一水平直线和三角波分别交于角波分别交于A、B点，在点，在A点时刻点时刻t
25、A和和B点时刻点时刻tB控控制功率开关器件的通断。制功率开关器件的通断。规则采样法得到的脉冲宽规则采样法得到的脉冲宽度和用自然采样法得到的度和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近脉冲宽度非常接近-38-电力工程系电力工程系 设正弦调制信号波为设正弦调制信号波为 式中，式中，M称为调制比，称为调制比，0M1；r为载波角频率，为载波角频率，因此可得因此可得 三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度为为rrsinuMtr Dc1sin2/2/2MtTdcr D(1sin)2TMtd)sin1(421DrcctaTTdd-5.2.5 SPWM控制的实现方法控制的实现方法-39-电
26、力工程系电力工程系 三相桥逆变电路应形成三相三相桥逆变电路应形成三相SPWM波形，三相的三角波载波形，三相的三角波载 波共用，三相正弦调制波相位依次差波共用，三相正弦调制波相位依次差120。设同一三角波周期内三相的脉宽分别为设同一三角波周期内三相的脉宽分别为U、V和和W，脉，脉冲两边的间隙宽度分别为冲两边的间隙宽度分别为U、V和和W，同一时刻三相调，同一时刻三相调制波电压之和为零，得制波电压之和为零，得 23cWVUTddd43c W V UTddd5.2.5 SPWM控制的实现方法控制的实现方法-40-电力工程系电力工程系5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.2.1 计算法
27、和调制法计算法和调制法5.2.2 SPWM的基波电压的基波电压5.2.3 脉宽调制的制约条件脉宽调制的制约条件5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步调制5.2.5 SPWM控制的控制的实现方法实现方法5.2.6 PWM逆变电路的逆变电路的谐波分析谐波分析5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化-41-电力工程系电力工程系1）单相双极性）单相双极性 谐波角频率为谐波角频率为:n=1,3,5,时，时，k=0,2,4,；n=2,4,6,时，时，k=1,3,5,SPWM波中不含低次谐波，只含波中不含低次谐波，只含c及其附近的谐波以及及其附近的谐波以及2 c、c等及其附近的谐波。等及其附
28、近的谐波。角频率角频率1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-谐波振幅谐波振幅0.20.40.60.81.01.21.4kna=1.0a=0.8a=0.5a=05.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法rckn-42-电力工程系电力工程系2）三相双极性）三相双极性（公用载波信号时的情况）（公用载波信号时的情况）输出线电压中输出线电压中的谐波角频率为的谐波角频率为n=1,3,5,时，时，k=3(2m1)1，m=1,2,；1002+-1234+-02+-4+-01+-3+-5+-0.20.40.60.81.01.2kna=1.0a=0.8a=0.5a=0角频率角频率谐波
29、振幅谐波振幅n=2,4,6,时，时，5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法rckn-。,2,116,1,016mmmmk-43-电力工程系电力工程系5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法 谐波分析小结谐波分析小结 三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著的区别是载波角频率显著的区别是载波角频率c整数倍的谐波没有了，谐整数倍的谐波没有了，谐波中幅值较高的是波中幅值较高的是c2 r和和2cr。SPWM波中谐波主要是角频率为波中谐波主要是角频率为 c、2 c及其附近的及其附近的谐波，很容易滤除。谐波，很容易滤除。当调
30、制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成：一当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成：一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。后者部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。后者的谐波分布情况和的谐波分布情况和SPWM波的谐波分析一致。波的谐波分析一致。-44-电力工程系电力工程系5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.2.1 计算法和调制法计算法和调制法5.2.2 SPWM的基波电压的基波电压5.2.3 脉宽调制的制约条件脉宽调制的制约条件5.2.4 异步调制和同步调制异步调制和同步
31、调制5.2.5 SPWM控制的控制的实现方法实现方法5.2.6 PWM逆变电路的逆变电路的谐波分析谐波分析5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化-45-电力工程系电力工程系5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化PWM多重化逆变电路多重化逆变电路提高电压、功率等级提高电压、功率等级提高等效开关频率提高等效开关频率减少谐波分量减少谐波分量-46-电力工程系电力工程系5.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化 二重二重PWM逆变电路逆变电路-47-电力工程系电力工程系第第5章章 PWM控制技术控制技术5.1 概述概述5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法
32、5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法5.4 多电平逆变器的多电平逆变器的PWM控制控制 -48-电力工程系电力工程系5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法PWM跟踪控制跟踪控制通常为电流跟踪控制通常为电流跟踪控制 把希望输出的电流作为指令信号，把实际电流作为反馈信号，通把希望输出的电流作为指令信号，把实际电流作为反馈信号，通过两者的瞬时值来比较决定器件的通断，使输出电流跟踪给定值。过两者的瞬时值来比较决定器件的通断，使输出电流跟踪给定值。电流跟踪控制的主要方法电流跟踪控制的主要方法滞环比较方式滞环比较方式三角波比较方式三角波比较方式-49-电力工程系电
33、力工程系5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法滞环比较方式滞环比较方式基本原理基本原理 把指令电流把指令电流i*和实际输出电流和实际输出电流i的偏差的偏差i*-i作为滞环比较器的作为滞环比较器的输入。输入。V1导通时，导通时，i增大增大 V2导通时，导通时，i减小减小滞环控制滞环控制 采用环宽为采用环宽为2D DI的滞环比较器，的滞环比较器，i在在i*+D DI和和i*-D DI的范围内呈锯的范围内呈锯齿状地跟踪指令电流齿状地跟踪指令电流i*。tOiii*+D Ii*-D Ii*-50-电力工程系电力工程系5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法滞环比较方
34、式滞环比较方式参数的影响参数的影响 滞环环宽：滞环环宽：u环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。电感电感L：uL大时，大时，i的变化率小，跟踪慢；的变化率小，跟踪慢；u L小时，小时，i的变化率大，开关频率过高。的变化率大，开关频率过高。-51-电力工程系电力工程系5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法滞环比较方式滞环比较方式滞环比较方式的电流跟踪型滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路特点：变流电路特点：硬件电路简单；硬件电路简单；
35、实时控制，电流响应快；实时控制，电流响应快；不用载波；不用载波；开关频率不固定，谐波含量不固定；开关频率不固定，谐波含量不固定；闭环控制，是各种跟踪型闭环控制，是各种跟踪型PWM变流电路的共同特点。变流电路的共同特点。-52-电力工程系电力工程系5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法三角波比较方式三角波比较方式基本原理基本原理 把指令电流把指令电流i*U、i*V和和i*W和实际输出电流和实际输出电流iU、iV、iW进行比较，求出偏差，进行比较，求出偏差，通过放大器通过放大器A放大后，放大后，再去和三角波进行比较，再去和三角波进行比较，产生产生PWM波形。波形。放大器放大器A
36、系数直接影响系数直接影响电流跟踪特性。电流跟踪特性。-53-电力工程系电力工程系5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法三角波比较方式三角波比较方式特点：特点：开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐波少。波少。-54-电力工程系电力工程系第第5章章 PWM控制技术控制技术5.1 概述概述5.2 逆变电路的逆变电路的SPWM控制方法控制方法5.3 逆变电路的其他逆变电路的其他PWM控制方法控制方法5.4 多电平逆变器的
37、多电平逆变器的PWM控制控制 -55-电力工程系电力工程系 多电平：多电平：输出电压中含有多级电平，如五电平为输出电压中含有多级电平，如五电平为2、1、0五种电平。五种电平。电平数指的是相电压的电平数量，除了两电平（电平数指的是相电压的电平数量，除了两电平（1），），电平数一般为奇数。电平数一般为奇数。意义：减小高次谐波及意义：减小高次谐波及du/dt、提高电压和功率等级、提高电压和功率等级 缺点：电路和控制复杂，需要更多的电容和开关器件，如缺点：电路和控制复杂，需要更多的电容和开关器件，如三电平电路需要三电平电路需要2个电容和每相个电容和每相4个主开关器件。个主开关器件。5.4 多电平逆变电
38、路多电平逆变电路-56-电力工程系电力工程系5.4 多电平逆变电路多电平逆变电路中性点钳位型三电平逆变电路中性点钳位型三电平逆变电路 采用采用12只只IGBT器件及器件及6只钳位二级管组成只钳位二级管组成-57-电力工程系电力工程系相电压的波形和相应的门极驱动电压波形相电压的波形和相应的门极驱动电压波形 5.4 多电平逆变电路多电平逆变电路-58-电力工程系电力工程系5.4 多电平逆变电路多电平逆变电路 每相半桥可以输出三种电平每相半桥可以输出三种电平1、0、-1，线电压可以输出五，线电压可以输出五种电平种电平2、1、0 由于二极管钳位作用，没有导通的器件承受最大电压是由于二极管钳位作用，没有导通的器件承受最大电压是Ud/2 三相三电平逆变器有三相三电平逆变器有33=27种开关状态，可用空间矢量图种开关状态，可用空间矢量图来表示。来表示。-59-电力工程系电力工程系三电平逆变器空间矢量图三电平逆变器空间矢量图 5.4 多电平逆变电路多电平逆变电路
