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1、Power Electronics,Chapter 6 PWM Techniques,The most widely used control technique in power electronics,Pulse Width Modulation (PWM) (Chopping control),DC/DC,AC/AC,DC/AC,AC/DC,Outline,6.1 Basic principles 6.2 Some major PWM techniques in DC/AC inverters 6.3 PWM techniques with feedback control 6.4 PW
2、M rectifiers,第6章 PWM控制技术,6.1 PWM控制的基本原理 6.2 PWM逆变电路及其控制方法 6.3 PWM跟踪控制技术 6.4 PWM整流电路及其控制方法,6.1 Basic principles of PWM,Similar response to different shape of impulse input,The equal-area theorem: Responses tend to be identical when input signals have same area and time durations of input impulses bec
3、ome very small.,6.1 PWM控制的基本思想,1)重要理论基础面积等效原理,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。,Basic principles of PWM,Application of the equal-area theorem,This is sinusoidal PWM (SPWM) The equal-area theorem can be applied to realize any shape of waveforms,6.1 PWM控制的基本思想,若要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可。,SPWM波,如何用一系
4、列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,A list of PWM techniques,Triangular-wave sampling Natural sampling Uniform sampling Calculation Calculation based on equal-area criterion Selective harmonics elimination Space Vector Modulation (SVM, or SVPWM),6.2 Some major PWM techniques,Natural sampling Uniform sampling Selecti
5、ve harmonics elimination Some practical issues Synchronous modulation and asynchronous modulation Harmonics in the PWM inverter output voltages Ways to improve DC input voltage utilization and reduce switching frequency Connection of multiple PWM inverters,6.2 PWM逆变电路及其控制方法,6.2.1 计算法和调制法 6.2.2 异步调制和
6、同步调制 6.2.3 规则采样法 6.2.4 PWM逆变电路的谐波分析 6.2.5 提高直流电压利用和减少开关次数 6.2.6 PWM逆变电路的多重化,Triangular-wave natural sampling,Uni-polar PWM in single-phase VSI,Uni-polar sampling is used to realize uni-polar PWM.,6.2.1 计算法和调制法,(2)调制原理,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 。 这样就在负载端得到了SPWM波形u0
7、。 ur负半周,请同学们自己分析。 上述PWM波只在单个极性范围内变化称单极性PWM控制方式。,设调制信号ur为正弦波;载波信号uc为三角波。 利用ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。,Triangular-wave natural sampling,Bi-polar PWM in single-phase VSI,Bi-polar sampling is used to realize bi-polar PWM.,6.2.1 计算法和调制法,3)双极性PWM控制方式(单相桥逆变),在ur的半个周期内,三角波载波不再是单极性,而是有正有负,所得PWM波也有正有负,其幅值只有Ud两种电平。
8、ur正负半周,对各开关器件的控制规律相同。,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,VD2和VD3通,uo=-Ud 。,图6-6 双极性PWM控制方式波形,和单极性PWM控制方式对应,也是在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。,Triangular-wave natural sampling,In 3-phase VSI,Three-phase bridge inverter can only realize bi-polar PWM therefore should be controlled by bipolar sampling
9、.,6.2.1 计算法和调制法,4)双极性PWM控制方式(三相桥逆变),图6-7 三相桥式PWM型逆变电路,6.2.1 计算法和调制法,图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形,下面以U相为例分析控制规律:,当urUuc时,给V1导通信号,给V4关断信号,uUN=Ud/2。 当urUuc时,给V4导通信号,给V1关断信号,uUN=-Ud/2。 当给V1(V4)加导通信号时,可能是V1(V4)导通,也可能是VD1(VD4)导通。 uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2两种电平。 uUV波形可由uUN-uVN得出,当1和6通时,uUV=Ud,当3和4通时,uUV=Ud,当1和3或4和6通时,u
10、UV=0。,图6-7 三相桥式PWM型逆变电路,6.2.1 计算法和调制法,图6-7 三相桥式PWM型逆变电路,图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形,输出线电压PWM波由Ud和0三种电平构成 负载相电压PWM波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和0共5种电平组成。 防直通的死区时间 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,留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。 死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定。 死区时间会给输出的PWM波带来影响,使其稍稍偏离正弦波。,Triangular-wave uniform sampling,Easier to realize by com
11、puter-control Modulation factor,6.2.3 规则采样法,1)自然采样法: 按照SPWM控制的基本原理,在正弦波和三角波的交点时刻生成的PWM波的方法,其求解复杂,工程应用不多。,2)规则采样法 工程实用方法,效果接近自然采 样法,计算量小得多。,6.2.3 规则采样法,三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc 。 自然采样法中,脉冲中点不和三角波(负峰点)重合。 规则采样法使两者重合,使计算大为简化。 如图所示确定A、B点,在tA和tB时刻控制开关器件的通断。 脉冲宽度 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。,规则采样法原理,6.2.3 规则采样法,规则采样法计算
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