第第7 7章章 PWM PWM控制技术控制技术 7.1 PWM 7.1 PWM控制的根控制的根本原理本原理 7.2 PWM 7.2 PWM逆变电路逆变电路及其控制方法及其控制方法 7.3 PWM 7.3 PWM跟踪控制跟踪控制技术技术 7.4 PWM 7.4 PWM整流电路整流电路及其控制方法及其控制方法 引言引言PWMPWMPulse Width ModulationPulse Width Modulation控制就是对脉冲的宽度控制就是对脉冲的宽度进展调制的技术，即经过对一系列脉冲的宽度进展调制，进展调制的技术，即经过对一系列脉冲的宽度进展调制，来等效地获得所需求波形含外形和幅值。来等效地获得所需求波形含外形和幅值。第第5 5章的直流斩波电路实践上采用的就是章的直流斩波电路实践上采用的就是PWMPWM技术，第技术，第6 6章章中涉及到中涉及到PWMPWM控制技术的地方有两处，一处是第控制技术的地方有两处，一处是第6.16.1节中节中的斩控式交流调压电路，另一处是第的斩控式交流调压电路，另一处是第6.46.4节矩阵式变频电节矩阵式变频电路。路。 PWMPWM控制技术在逆变电路中的运用最为广泛，对逆变电路控制技术在逆变电路中的运用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深化，如今大量运用的逆变电路中，绝大的影响也最为深化，如今大量运用的逆变电路中，绝大部分都是部分都是PWMPWM型逆变电路。型逆变电路。 7.1 PWM控制的根本原理控制的根本原理面积等效原理面积等效原理 是是PWM控制技术的重要实际根底。控制技术的重要实际根底。 原理内容：冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效原理内容：冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果根本一样。果根本一样。 冲量即指窄脉冲的面积。冲量即指窄脉冲的面积。 效果根本一样，是指环节的输出呼应波形根本一样。效果根本一样，是指环节的输出呼应波形根本一样。 假设把各输出波形用傅里叶变换分析，那么其低频段非常接近，仅在高假设把各输出波形用傅里叶变换分析，那么其低频段非常接近，仅在高频段略有差别。频段略有差别。 实例实例 将图将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入，加在图所示的脉冲作为输入，加在图7-2a所示的所示的R-L电路上，电路上，设其电流设其电流i(t)为电路的输出，图为电路的输出，图7-2b给出了不同窄脉冲时给出了不同窄脉冲时i(t)的呼应波形。的呼应波形。 图图7-1 外形不同而冲量一样的各种窄脉冲外形不同而冲量一样的各种窄脉冲 图图7-2 冲量一样的各种窄脉冲的呼应波形冲量一样的各种窄脉冲的呼应波形 7.1 PWM控制的根本原理控制的根本原理用用PWM波替代正弦半波波替代正弦半波 将正弦半波看成是由将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度为个彼此相连的脉冲宽度为/N，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。脉冲序列组成的。 把上述脉冲序列利用一样数量的等幅而不等宽把上述脉冲序列利用一样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲替代，使矩形脉冲的中点和相应正弦波的矩形脉冲替代，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积冲量相等，这就是分面积冲量相等，这就是PWM波形。波形。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到到PWM波形。波形。 脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称波形，也称SPWMSinusoidal PWM波形。波形。 PWM波形可分为等幅波形可分为等幅PWM波和不等幅波和不等幅PWM波两波两种，由直流电源产生的种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅波通常是等幅PWM波。波。基于等效面积原理，基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其他波形还可以等效成其他所需求的波形，如等效所需求的非正弦交流波形等。所需求的波形，如等效所需求的非正弦交流波形等。 图图7-3 用用PWM波替代正弦半波波替代正弦半波 7.2 PWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法 7.2.2 7.2.2 异步伐制和同步伐制异步伐制和同步伐制 7.2.3 7.2.3 规那么采样法规那么采样法 7.2.4 PWM 7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析逆变电路的谐波分析 7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率提高直流电压利用率 和减少开关次数和减少开关次数 7.2.6 7.2.6 空间矢量空间矢量SVPWMSVPWM控制控制 7.2.7 PWM 7.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法计算法计算法 根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，将的脉冲数，将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需求的可以得到所需求的PWM波形，这种方法称之为计算法。波形，这种方法称之为计算法。 计算法是很繁琐的，当需求输出的正弦波的频率、幅计算法是很繁琐的，当需求输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。值或相位变化时，结果都要变化。 调制法调制法 把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，经过信号波的调制得到所期望的作为载波，经过信号波的调制得到所期望的PWM波形。波形。 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波运用最多。角波运用最多。 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 单相桥式单相桥式PWM逆变电路调制法逆变电路调制法 电路任务过程电路任务过程 任务时任务时V1和和V2通断互补，通断互补，V3和和V4通断也互补，通断也互补，比如在比如在uo正半周，正半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通交替通断。断。 负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有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。一段区间为正，一段区间为负。 在负载电流为正的区间，在负载电流为正的区间，V1和和V4导通时，导通时，uo=Ud。 V4关断时，负载电流经过关断时，负载电流经过V1和和VD3续流，续流，uo=0。 在负载电流为负的区间，仍为在负载电流为负的区间，仍为V1和和V4导通时，导通时，因因io为负，故为负，故io实践上从实践上从VD1和和VD4流过，仍有流过，仍有uo=Ud。 V4关断，关断，V3开通后，开通后，io从从V3和和VD1续流，续流，uo=0。 uo总可以得到总可以得到Ud和零两种电平。和零两种电平。 在在uo的负半周，让的负半周，让V2坚持通态，坚持通态，V1坚持断态，坚持断态，V3和和V4交替通断，负载电压交替通断，负载电压uo可以得到可以得到-Ud和零两种和零两种电平。电平。 阻感负载阻感负载7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 图图7-5 单极性单极性PWM控制方式波形控制方式波形 单极性单极性PWM控制方式控制方式 调制信号调制信号ur为正弦波，载波为正弦波，载波uc在在ur的的正半周为正极性的三角波，在正半周为正极性的三角波，在ur的负半周的负半周为负极性的三角波。为负极性的三角波。 在在ur的正半周，的正半周，V1坚持通态，坚持通态，V2坚坚持断态。持断态。 当当uruc时使时使V4导通，导通，V3关断，关断， uo=Ud。 当当uruc时使时使V4关断，关断，V3导通，导通， uo=0。 在在ur的负半周，的负半周，V1坚持断态，坚持断态，V2坚坚持通态。持通态。 当当uruc时使时使V3关断，关断，V4导通，导通， uo=0。 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 图图7-6 双极性双极性PWM控制方式波形控制方式波形 双极性双极性PWM控制方式控制方式 在调制信号在调制信号ur和载波信号和载波信号uc的交点的交点时辰控制各开关器件的通断。时辰控制各开关器件的通断。 在在ur的半个周期内，三角波载波有的半个周期内，三角波载波有正有负，所得的正有负，所得的PWM波也是有正有负，波也是有正有负，在在ur的一个周期内，输出的的一个周期内，输出的PWM波只波只需需Ud两种电平。两种电平。 在在ur的正负半周，对各开关器件的的正负半周，对各开关器件的控制规律一样。控制规律一样。 当当uruc时，时，V1和和V4导通，导通，V2和和V3关断，这时如关断，这时如io0，那么，那么V1和和V4通，通，如如io0，那么，那么VD1和和VD4通，不论哪种通，不论哪种情况都是情况都是uo=Ud。 当当uruc时，时，V2和和V3导通，导通，V1和和V4关断，这时如关断，这时如io0，那么，那么VD2和和VD3通，不论哪种通，不论哪种情况都是情况都是uo=-Ud。 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法图图7-7 三相桥式三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路 图图7-8 三相桥式三相桥式PWM逆变电路波形逆变电路波形 三相桥式三相桥式PWM逆变电路调制法逆变电路调制法 采用双极性控制方式。采用双极性控制方式。 U、V和和W三相的三相的PWM控制通控制通常公用一个三角波载波常公用一个三角波载波uc，三相的，三相的调制信号调制信号urU、urV和和urW依次相依次相差差120。 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法电路任务过程电路任务过程U相为例相为例 当当urUuc时，上桥臂时，上桥臂V1导通，下桥臂导通，下桥臂V4关断，那么关断，那么U相相对于直流电源假想中点相相对于直流电源假想中点N的输出电压的输出电压uUN=Ud/2。 当当urUuc时，时，V4导通，导通，V1关断，那么关断，那么uUN=-Ud/2。 V1和和V4的驱动信号一直是互补的。的驱动信号一直是互补的。 当给当给V1(V4)加导通讯号时，能够是加导通讯号时，能够是V1(V4)导通，也能够是二极管导通，也能够是二极管VD1(VD4)续续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决议。议。 uUN、uVN和和uWN的的PWM波形都只需波形都只需Ud/2两种电平。两种电平。 图图7-7 三相桥式三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路 图图7-8 三相桥式三相桥式PWM逆变电路波形逆变电路波形 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法图图7-7 三相桥式三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路 图图7-8 三相桥式三相桥式PWM逆变电路波形逆变电路波形 输出线电压输出线电压PWM波由波由Ud和和0三种电平构成。三种电平构成。 当臂当臂1和和6导通时，导通时，uUV=Ud。 当臂当臂3和和4导通时，导通时，uUV=Ud。 当臂当臂1和和3或臂或臂4和和6导通时，导通时，uUV=0。 负载相电压负载相电压uUN可由下式求得可由下式求得 负载相电压的负载相电压的PWM波由波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和和0共共5种电平组成。种电平组成。 为了防止上下两个臂直通而呵斥短路，在上下两为了防止上下两个臂直通而呵斥短路，在上下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。死区时间。 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法图图7-9 特定谐波消去法的输出特定谐波消去法的输出PWM波形波形 特定谐波消去法特定谐波消去法 是计算法中一种较有代表性的方法。是计算法中一种较有代表性的方法。 假设在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各假设在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各k次，思索到次，思索到PWM波四波四分之一周期对称，共有分之一周期对称，共有k个开关时辰可以控制，除去用一个自在度来控制基波个开关时辰可以控制，除去用一个自在度来控制基波幅值外，可以消去幅值外，可以消去k1个频率的特定谐波。个频率的特定谐波。 以三相桥式以三相桥式PWM型逆变电路中的型逆变电路中的uUN波形为例波形为例 在输出电压的半个周期内，器件开通和关断各在输出电压的半个周期内，器件开通和关断各3次不包括次不包括0和和时辰，时辰，共有共有6个开关时辰可以控制。个开关时辰可以控制。 7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法为了消除偶次谐波，应使波形正负两半周期镜对称，即为了消除偶次谐波，应使波形正负两半周期镜对称，即 为了消除谐波中的余弦项，简化计算过程，应使波形在正半周期内前后为了消除谐波中的余弦项，简化计算过程，应使波形在正半周期内前后1/4周期以周期以/2为轴线对称，即为轴线对称，即 同时满足式同时满足式(7-1)和式和式(7-2)的波形称为四分之一周期对称波形，这种波形可的波形称为四分之一周期对称波形，这种波形可用傅里叶级数表示为用傅里叶级数表示为式中，式中，an为为(7-1)(7-2)(7-3)7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法图图7-9 特定谐波消去法的输出特定谐波消去法的输出PWM波形波形 由于图由于图7-9的波形是四分之一周期对称的，所以在一个周期内的的波形是四分之一周期对称的，所以在一个周期内的12个开关时个开关时辰不包括辰不包括0和和时辰中，可以独立控制的只需时辰中，可以独立控制的只需1、2和和3共共3个时辰，个时辰，该波形的该波形的an为为 (7-4)7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法在三相对称电路的线电压中，相电压所含的在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波相互抵消，因次谐波相互抵消，因此通常可以思索消去此通常可以思索消去5次和次和7次谐波，根据需求确定基波分量次谐波，根据需求确定基波分量a1的值，的值，再令再令a5和和a7等于等于0，就可以建立三个方程，联立可求得，就可以建立三个方程，联立可求得1、2和和3。 这样可以消去两种特定频率的谐波，对于给定的基波幅值这样可以消去两种特定频率的谐波，对于给定的基波幅值a1，求解，求解上述方程可得一组上述方程可得一组1、2和和3，基波幅值，基波幅值a1改动时，改动时，1、2和和3也相应地改动。也相应地改动。 (7-5)7.2.2 7.2.2 异步伐制和同步伐制异步伐制和同步伐制载波频率载波频率fc与调制信号频率与调制信号频率fr之比之比N= fc/fr称为载波比，根据载波和信称为载波比，根据载波和信号波能否同步及载波比的变化情况，号波能否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为异步伐制和调制方式可分为异步伐制和同步伐制两种。同步伐制两种。 异步伐制异步伐制 载波信号和调制信号不坚持同步的调制方式称为异步伐制。载波信号和调制信号不坚持同步的调制方式称为异步伐制。 通常坚持载波频率通常坚持载波频率fc固定不变，因此当信号波频率固定不变，因此当信号波频率fr变化时，载波变化时，载波比比N是变化的。是变化的。 在信号波的半个周期内，在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固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，半周期内前后定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。周期的脉冲也不对称。 当当fr较低时，较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小，利影响都较小，PWM波形接近正弦波。波形接近正弦波。 当当fr增高时，增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称脉冲不对称的影响就变大，输出的影响就变大，输出PWM波和正弦波的差别变大，对于三相波和正弦波的差别变大，对于三相PWM型型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。 在采用异步伐制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号在采用异步伐制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能坚持较大的载波比。波频率较高时仍能坚持较大的载波比。 7.2.2 7.2.2 异步伐制和同步伐制异步伐制和同步伐制ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud-2Ud图图7-10 同步伐制三相同步伐制三相PWM波形波形 同步伐制同步伐制 载波比载波比N等于常数，并在变频时使等于常数，并在变频时使载波和信号波坚持同步的方式称为同载波和信号波坚持同步的方式称为同步伐制。步伐制。 fr变化时载波比变化时载波比N不变，信号波一不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。冲相位也是固定的。 在三相在三相PWM逆变电路中，通常公逆变电路中，通常公用一个三角波载波，为了使三相输出用一个三角波载波，为了使三相输出波形严厉对称和一相的波形严厉对称和一相的PWM波正负半波正负半周镜对称，取周镜对称，取N为为3的整数倍且为奇数。的整数倍且为奇数。 当逆变电路输出频率很低时，同步当逆变电路输出频率很低时，同步伐制时的伐制时的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，当负载为电动机来的谐波不易滤除，当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声；时也会带来较大的转矩脉动和噪声；当逆变电路输出频率很高时，同步伐当逆变电路输出频率很高时，同步伐制时的制时的fc会过高，使开关器件难以接受。会过高，使开关器件难以接受。 7.2.2 7.2.2 异步伐制和同步伐制异步伐制和同步伐制图图7-11 分段同步伐制方式举例分段同步伐制方式举例 分段同步伐制分段同步伐制 把把fr范围划分成假设干个频段，每范围划分成假设干个频段，每个频段内都坚持载波比个频段内都坚持载波比N为恒定，不同为恒定，不同频段的载波比不同。频段的载波比不同。 在在fr高的频段采用较低的载波比，高的频段采用较低的载波比，以使以使fc不致过高，限制在功率开关器件不致过高，限制在功率开关器件允许的范围内。允许的范围内。 在在fr低的频段采用较高的载波比，低的频段采用较高的载波比，以使以使fc不致过低而对负载产生不利影响。不致过低而对负载产生不利影响。 为了防止为了防止fc在切换点附近的来回跳在切换点附近的来回跳动，在各频率切换点采用了滞后切换的动，在各频率切换点采用了滞后切换的方法。方法。 有的安装在低频输出时采用异步伐有的安装在低频输出时采用异步伐制方式，而在高频输出时切换到同步伐制方式，而在高频输出时切换到同步伐制方式，这样可以把两者的优点结合起制方式，这样可以把两者的优点结合起来，和分段同步方式的效果接近。来，和分段同步方式的效果接近。 实线表示实线表示输出频率输出频率增高时的增高时的切换频率切换频率虚线表示虚线表示输出频率输出频率降低时的降低时的切换频率切换频率 7.2.3 7.2.3 规那么采样法规那么采样法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d图图7-12 规那么采样规那么采样法法 在正弦波和三角波的自然交点时辰控制功在正弦波和三角波的自然交点时辰控制功率开关器件的通断，这种生成率开关器件的通断，这种生成SPWM波形的波形的方法称为自然采样法。方法称为自然采样法。 规那么采样法规那么采样法 是一种运用较广的工程适用方法，其效是一种运用较广的工程适用方法，其效果接近自然采样法，但计算量却比自然采样果接近自然采样法，但计算量却比自然采样法小得多。法小得多。 方法阐明方法阐明 取三角波两个正峰值之间为一个采样取三角波两个正峰值之间为一个采样周期周期Tc，使每个脉冲的中点都以相应的三角，使每个脉冲的中点都以相应的三角波中点即负峰点为对称。波中点即负峰点为对称。 在三角波的负峰时辰在三角波的负峰时辰tD对正弦信号波对正弦信号波采样而得到采样而得到D点，过点，过D点作一程度直线和三点作一程度直线和三角波分别交于角波分别交于A点和点和B点，在点，在A点时辰点时辰tA和和B点时辰点时辰tB控制功率开关器件的通断。控制功率开关器件的通断。 可以看出，用这种规那么采样法得到可以看出，用这种规那么采样法得到的脉冲宽度的脉冲宽度和用自然采样法得到的脉冲宽和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。度非常接近。 7.2.3 7.2.3 规那么采样法规那么采样法ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d图图7-12 规那么采样规那么采样法法 和和确实定确实定 设正弦调制信号波为设正弦调制信号波为 式中，式中，a称为调制度，称为调制度，0ar，是很容易滤除的。，是很容易滤除的。 当调制信号波不是正弦波，而是其它波形时，其谐波当调制信号波不是正弦波，而是其它波形时，其谐波由两部分组成，一部分是对信号波本身进展谐波分析所由两部分组成，一部分是对信号波本身进展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。的谐波。 7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率、减少开关次数在提高直流电压利用率、减少开关次数在PWM型逆变电路型逆变电路中是很重要的。中是很重要的。 直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最大幅值最大幅值U1m和直流电压和直流电压Ud之比。之比。 提高直流电压利用率可以提高逆变器的输出才干。提高直流电压利用率可以提高逆变器的输出才干。 减少功率器件的开关次数可以降低开关损耗。减少功率器件的开关次数可以降低开关损耗。正弦波调制的三相正弦波调制的三相PWM逆变电路的直流电压利用率很低。逆变电路的直流电压利用率很低。 在调制度在调制度a为最大值为最大值1时，输出相电压的基波幅值为时，输出相电压的基波幅值为Ud/2，输出线电压的基波幅值为，输出线电压的基波幅值为 ，即直流电压利用率，即直流电压利用率仅为仅为0.866。 实践电路任务时，思索到功率器件的开通和关断都需求实践电路任务时，思索到功率器件的开通和关断都需求时间，如不采取其他措施，调制度不能够到达时间，如不采取其他措施，调制度不能够到达1，实践能，实践能得到的直流电压利用率比得到的直流电压利用率比0.866还要低。还要低。 7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数ucurUurVurWuuUNOwtOwtOwtOwtuVNuUV图图7-15 梯形波为调制信号的梯形波为调制信号的PWM控制控制 采用梯形波作为调制信号采用梯形波作为调制信号 当梯形波幅值和三角波幅值相等当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含的基波分量幅值已时，梯形波所含的基波分量幅值已超越了三角波幅值，可以有效地提超越了三角波幅值，可以有效地提高直流电压利用率。高直流电压利用率。 决议功率开关器件通断的方法和决议功率开关器件通断的方法和用正弦波作为调制信号波时完全一用正弦波作为调制信号波时完全一样。样。 对梯形波的外形用三角化率对梯形波的外形用三角化率= Ut/Uto来描画，其中来描画，其中Ut为以横轴为为以横轴为底时梯形波的高，底时梯形波的高，Uto为以横轴为底为以横轴为底边把梯形两腰延伸后相交所构成的边把梯形两腰延伸后相交所构成的三角形的高。三角形的高。 =0时梯形波变为矩形波，时梯形波变为矩形波，=1时梯形波变为三角波。时梯形波变为三角波。 7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数图图7-16 变化时的变化时的和直流电压利用率和直流电压利用率 图图7-17 变化时的各次谐波含量变化时的各次谐波含量 由于梯形波中含有低次谐波，调制后的由于梯形波中含有低次谐波，调制后的PWM波仍含有同样的低次谐波，设波仍含有同样的低次谐波，设由这些低次谐波不包括由载波引起的谐波产生的波形畸变率为由这些低次谐波不包括由载波引起的谐波产生的波形畸变率为，那么，那么三角化率三角化率不同时，不同时，和直流电压利用率和直流电压利用率U1m/Ud也不同。也不同。 =0.4时，谐波含量也较少，约为时，谐波含量也较少，约为3.6%，直流电压利用率为，直流电压利用率为1.03，综合效果，综合效果较好。较好。用梯形波调制时，输出波形中含有用梯形波调制时，输出波形中含有5次、次、7次等低次谐波，这是梯形波调制次等低次谐波，这是梯形波调制的缺陷，实践运用时，可以思索将正弦波和梯形波结合运用。的缺陷，实践运用时，可以思索将正弦波和梯形波结合运用。7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数uucr1uOwturur1uOwtur3图图7-18 叠加叠加3次谐波的调制信号次谐波的调制信号 线电压控制方式线电压控制方式 目的是使输出的线电压波形中不含低次谐波，同时尽能够提高直流电压利目的是使输出的线电压波形中不含低次谐波，同时尽能够提高直流电压利用率，也应尽量减少功率器件的开关次数。用率，也应尽量减少功率器件的开关次数。 在相电压正弦波调制信号中叠加适当大小的在相电压正弦波调制信号中叠加适当大小的3次谐波，使之成为鞍形波，次谐波，使之成为鞍形波，那么经过那么经过PWM调制后逆变电路输出的相电压中也必然包含调制后逆变电路输出的相电压中也必然包含3次谐波，且三相的次谐波，且三相的三次谐波相位一样，在合成线电压时，各相电压的三次谐波相位一样，在合成线电压时，各相电压的3次谐波相互抵消，线电压次谐波相互抵消，线电压为正弦波。为正弦波。 图图7-18中，调制信号中，调制信号ur成为鞍形波，基波分量成为鞍形波，基波分量ur1的幅值更大，但的幅值更大，但ur的最大的最大值不超越三角波载波最大值。值不超越三角波载波最大值。 基波基波ur1正峰值附近恰正峰值附近恰为为3次谐波次谐波ur3的负半波，的负半波，两者相互抵消。两者相互抵消。 7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数图图7-19 线电压控制方式举例线电压控制方式举例 线电压控制方式举例线电压控制方式举例 可以在正弦调制信号中叠加可以在正弦调制信号中叠加3次谐波外，次谐波外，还可以叠加其他还可以叠加其他3倍频于正弦波的信号，也可倍频于正弦波的信号，也可以再叠加直流分量，这些都不会影响线电压。以再叠加直流分量，这些都不会影响线电压。 图图7-19中，中，up中既包含中既包含3的整数倍次谐波，的整数倍次谐波，也包含直流分量，而且其大小是随正弦信号的也包含直流分量，而且其大小是随正弦信号的大小而变化的，设三角波载波幅值为大小而变化的，设三角波载波幅值为1，三相，三相调制信号中的正弦波分量分别为调制信号中的正弦波分量分别为urU1、urV1和和urW1，并令，并令 那么三相的调制信号分别为那么三相的调制信号分别为(7-12)(7-13)7.2.5 7.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数提高直流电压利用率和减少开关次数图图7-19 线电压控制方式举例线电压控制方式举例 不论不论urU1、urV1和和urW1幅值的大小，幅值的大小，urU、urV、urW中总有中总有1/3周期的值是周期的值是和三角波负峰值相等的，其值为和三角波负峰值相等的，其值为-1，在，在这这1/3周期中，并不对调制信号值为周期中，并不对调制信号值为-1的的一相进展控制，而只对其他两相进展一相进展控制，而只对其他两相进展PWM控制，因此也称为两相控制方式。控制，因此也称为两相控制方式。两相控制方式有以下优点两相控制方式有以下优点 在信号波的在信号波的1/3周期内开关器件不动作，周期内开关器件不动作，可使功率器件的开关损耗减少可使功率器件的开关损耗减少1/3。 最大输出线电压基波幅值为最大输出线电压基波幅值为Ud，和相，和相电压控制方法相比，直流电压利用率提电压控制方法相比，直流电压利用率提高了高了15%。 输出线电压中不含低次谐波，这是由输出线电压中不含低次谐波，这是由于相电压中相应于于相电压中相应于up的谐波分量相互抵的谐波分量相互抵消的缘故，这一性能优于梯形波调制方消的缘故，这一性能优于梯形波调制方式。式。 7.2.6 7.2.6 空间矢量空间矢量SVPWMSVPWM控制控制空间矢量空间矢量SVPWM控制技术广泛运用于变频器中，驱动交流电机时，使电机控制技术广泛运用于变频器中，驱动交流电机时，使电机的磁链成为圆形的旋转磁场，从而使电机产生恒定的电磁转矩。的磁链成为圆形的旋转磁场，从而使电机产生恒定的电磁转矩。 空间矢量空间矢量SVPWM控制技术控制技术 图图4-9所示的三相电压型桥式逆变电路，采用所示的三相电压型桥式逆变电路，采用180导通方式，共有导通方式，共有8种任务种任务形状，即形状，即V6、V1、V2通，通，V1、V2、V3通，通，V2、V3、V4通，通，V3、V4、V5通，通，V4、V5、V6通，通，V5、V6、V1通，以及通，以及V1、V3、V5通和通和V2、V4、V6通，用通，用“1表示每相上桥臂开关导通，用表示每相上桥臂开关导通，用“0表示下桥臂开关导通，那么上述表示下桥臂开关导通，那么上述8种种任务形状可依次表示为任务形状可依次表示为100、110、010、011、001、101以及以及111和和000。 前前6种形状有输出电压，属有效任务形状，而后两种全部是上管通或下管种形状有输出电压，属有效任务形状，而后两种全部是上管通或下管通，没有输出电压，称之为零任务形状，故对于这种根本的逆变器，称之为通，没有输出电压，称之为零任务形状，故对于这种根本的逆变器，称之为6拍逆变器。拍逆变器。 图图4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路 7.2.6 7.2.6 空间矢量空间矢量SVPWMSVPWM控制控制图图7-20 电压空间矢量六边形电压空间矢量六边形 图图7-21 空间电压矢量的线形组合空间电压矢量的线形组合 对于对于6拍逆变器，在每个任务周期中，拍逆变器，在每个任务周期中，6种种有效任务形状各出现一次，每一种形状继续有效任务形状各出现一次，每一种形状继续60，在一个周期中，在一个周期中6个电压矢量共转过个电压矢量共转过360，构成一个封锁的正六边形，对于，构成一个封锁的正六边形，对于111和和000这两个这两个“零任务形状，在这里表现为位于零任务形状，在这里表现为位于原点的零矢量，坐落在正六边形的中心点。原点的零矢量，坐落在正六边形的中心点。 采用采用PWM控制，就可以使交流电机的磁控制，就可以使交流电机的磁通尽量接近圆形，任务频率越高，磁通就越通尽量接近圆形，任务频率越高，磁通就越接近圆形，需求的电压矢量不是接近圆形，需求的电压矢量不是6个根本电个根本电压矢量时，可以用两个根本矢量和零矢量的压矢量时，可以用两个根本矢量和零矢量的组合来实现。组合来实现。如图如图7-21中，所要的矢量为中，所要的矢量为us，用根本矢，用根本矢量量u1和和u2的线形组合来实现，的线形组合来实现，u1和和u2的作用的作用时间普通小于开关周期时间普通小于开关周期To的的60，缺乏的时，缺乏的时间可用间可用“零矢量补齐。零矢量补齐。 7.2.7 PWM7.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化图图7-22 二重二重PWM型逆变电路型逆变电路 目的是为了提高等效开关频率，减少开关损耗，减目的是为了提高等效开关频率，减少开关损耗，减少和载波有关的谐波分量。少和载波有关的谐波分量。PWM逆变电路多重化结合方式有变压器方式和电逆变电路多重化结合方式有变压器方式和电抗器方式。抗器方式。电抗器联接的二重电抗器联接的二重PWM逆变电路逆变电路 电路的输出从电抗器中心抽头处引出。电路的输出从电抗器中心抽头处引出。 两个单元逆变电路的载波信号相互错开两个单元逆变电路的载波信号相互错开180，输，输出端相对于直流电源中点出端相对于直流电源中点N的电压的电压uUN=(uU1N+uU2N)/2，已变为单极性，已变为单极性PWM波了，波了，输出线电压共有输出线电压共有0、(1/2)Ud、Ud五个电平，比非五个电平，比非多重化时谐波有所减少。多重化时谐波有所减少。 所加电压的频率越高，电抗器所需的电感量就越所加电压的频率越高，电抗器所需的电感量就越小。小。图图7-23 二重二重PWM型逆变电路输出波形型逆变电路输出波形 7.2.7 PWM7.2.7 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化二重化后，输出电压中所含谐波的二重化后，输出电压中所含谐波的角频率仍可表示为角频率仍可表示为nc+kr，但，但其中当其中当n为奇数时的谐波已全部被为奇数时的谐波已全部被除去，谐波的最低频率在除去，谐波的最低频率在2c附近，附近，相当于电路的等效载波频率提高了相当于电路的等效载波频率提高了一倍。一倍。 图图7-22 二重二重PWM型逆变电路型逆变电路 图图7-23 二重二重PWM型逆变电路输出波形型逆变电路输出波形 7.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术 7.3.1 滞环比较方式滞环比较方式 7.3.2 三角波比较方式三角波比较方式7.3.1 滞环比较方式滞环比较方式图图7-24 滞环比较方式电流跟踪控制举例滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+D Ii*-D Ii*图图7-25 滞环比较方式的指令电流和输滞环比较方式的指令电流和输出电流出电流 跟踪控制方法：把希望输出的电跟踪控制方法：把希望输出的电流或电压波形作为指令信号，把实流或电压波形作为指令信号，把实践电流或电压波形作为反响信号，践电流或电压波形作为反响信号，经过两者的瞬时值比较来决议逆变经过两者的瞬时值比较来决议逆变电路各功率开关器件的通断，使实电路各功率开关器件的通断，使实践的输出跟踪指令信号变化践的输出跟踪指令信号变化滞环比较方式滞环比较方式 电流跟踪控制运用最多。电流跟踪控制运用最多。 PWM电流跟踪控制单相半桥电流跟踪控制单相半桥式逆变电路式逆变电路 把指令电流把指令电流i*和实践输出电和实践输出电流流i的偏向的偏向i*-i作为带有滞环特性的作为带有滞环特性的比较器的输入，经过其输出来控制比较器的输入，经过其输出来控制功率器件功率器件V1和和V2的通断。的通断。 电抗器电抗器7.3.1 滞环比较方式滞环比较方式控制规律控制规律 当当V1或或VD1导通时，导通时，i增增大。大。 当当V2或或VD2导通时，导通时，i减减小。小。 经过环宽为经过环宽为2I的滞环比较器的滞环比较器的控制，的控制，i就在就在i*+I和和i*-I的的范围内，呈锯齿状地跟踪指令范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流电流i*。环宽过宽时，开关频率低，跟环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。关损耗增大。L大时，大时，i的变化率小，跟踪慢；的变化率小，跟踪慢；L小时，小时，i的变化率大，开关频的变化率大，开关频率过高。率过高。图图7-24 滞环比较方式电流跟踪控制举例滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+D Ii*-D Ii*图图7-25 滞环比较方式的指令电流和输出电流滞环比较方式的指令电流和输出电流 7.3.1 滞环比较方式滞环比较方式图图7-26 三相电流跟踪型三相电流跟踪型PWM逆变电路逆变电路 图图7-25 滞环比较方式的指令电流和输出电流滞环比较方式的指令电流和输出电流 三相电流跟踪型三相电流跟踪型PWM逆变电路逆变电路 由三个单相半桥电路组成，三相电流由三个单相半桥电路组成，三相电流指令信号指令信号i*U、i*V和和i*W依次相差依次相差120。 在线电压的正半周和负半周内，都有在线电压的正半周和负半周内，都有极性相反的脉冲输出，这将使输出电压中极性相反的脉冲输出，这将使输出电压中的谐波分量增大，也使负载的谐波损耗添的谐波分量增大，也使负载的谐波损耗添加。加。采用滞环比较方式的电流跟踪型采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路有如下特点变流电路有如下特点 硬件电路简单。硬件电路简单。 实时控制，电流呼应快。实时控制，电流呼应快。 不用载波，输出电压波形中不含特定不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波。频率的谐波。 和计算法及调制法相比，一样开关频和计算法及调制法相比，一样开关频率时输出电流中高次谐波含量多。率时输出电流中高次谐波含量多。 属于闭环控制，是各种跟踪型属于闭环控制，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。7.3.1 滞环比较方式滞环比较方式图图7-28 电压跟踪控制电路举例电压跟踪控制电路举例 电压跟踪控制电压跟踪控制 把指令电压把指令电压u*和输出电压和输出电压u进展比较，滤除偏向信号中的谐波，滤波器的进展比较，滤除偏向信号中的谐波，滤波器的输出送入滞环比较器，由比较器输出控制开关器件的通断，从而实现电压跟踪输出送入滞环比较器，由比较器输出控制开关器件的通断，从而实现电压跟踪控制。控制。 输出电压输出电压PWM波形中含大量高次谐波，必需用适当的滤波器滤除。波形中含大量高次谐波，必需用适当的滤波器滤除。 u*=0时，输出电压时，输出电压u为频率较高的矩形波，相当于一个自励振荡电路。为频率较高的矩形波，相当于一个自励振荡电路。 u*为直流信号时，为直流信号时，u产生直流偏移，变为正负脉冲宽度不等，正宽负窄或产生直流偏移，变为正负脉冲宽度不等，正宽负窄或正窄负宽的矩形波。正窄负宽的矩形波。 u*为交流信号时，只需其频率远低于上述自励振荡频率，从为交流信号时，只需其频率远低于上述自励振荡频率，从u中滤除由器中滤除由器件通断产生的高次谐波后，所得的波形就几乎和件通断产生的高次谐波后，所得的波形就几乎和u* 一样，从而实现电压跟踪控一样，从而实现电压跟踪控制。制。7.3.2 三角波比较方式三角波比较方式图图7-29 三角波比较方式电流跟踪型逆变电路三角波比较方式电流跟踪型逆变电路 三角波比较方式三角波比较方式 把指令电流把指令电流i*U、i*V和和i*W和逆和逆变电路实践输出的电流变电路实践输出的电流iU、iV、iW进展比较，求出偏向电流，经过放大进展比较，求出偏向电流，经过放大器器A放大后，再去和三角波进展比较，放大后，再去和三角波进展比较，产生产生PWM波形。波形。 放大器放大器A通常具有比例积分特性通常具有比例积分特性或比例特性，其系数直接影响着逆变或比例特性，其系数直接影响着逆变电路的电流跟踪特性。电路的电流跟踪特性。 特点特点 开关频率固定，等于载波频率，开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。高频滤波器设计方便。 为改善输出电压波形，三角波为改善输出电压波形，三角波载波常用三相三角波载波。载波常用三相三角波载波。 和滞环比较控制方式相比，这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。种控制方式输出电流所含的谐波少。7.3.2 三角波比较方式三角波比较方式定时比较方式定时比较方式 不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟。不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟。 以固定的采样周期对指令信号和被控制变量进展采样，以固定的采样周期对指令信号和被控制变量进展采样，并根据二者偏向的极性来控制变流电路开关器件的通断，并根据二者偏向的极性来控制变流电路开关器件的通断，使被控制量跟踪指令信号。使被控制量跟踪指令信号。 以单相半桥逆变电路为例，在时钟信号到来的采样时以单相半桥逆变电路为例，在时钟信号到来的采样时辰辰 如如ii*，V1关断，关断，V2导通，使导通，使i减小。减小。 每个采样时辰的控制造用都使实践电流与指令电流的每个采样时辰的控制造用都使实践电流与指令电流的误差减小。误差减小。 采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率的的1/2。 和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽，和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽，控制的精度低一些。控制的精度低一些。7.4 PWM整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法 7.4.1 PWM整流电路的任务原理整流电路的任务原理 7.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法7.4 PWM整流电路及其控制方法整流电路及其控制方法引言引言实践运用的整流电路几乎都是晶闸管相控整流电实践运用的整流电路几乎都是晶闸管相控整流电路或二极管整流电路。路或二极管整流电路。 随着触发延迟角随着触发延迟角的增大，位移因数降低。的增大，位移因数降低。 输入电流中谐波分量相当大，功率因数很低。输入电流中谐波分量相当大，功率因数很低。 把逆变电路中的把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，控制技术用于整流电路，就构成了就构成了PWM整流电路。整流电路。 经过对经过对PWM整流电路的适当控制，可以使其整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因数近似为功率因数近似为1。 也称为单位功率因数变流器，或高功率因数整也称为单位功率因数变流器，或高功率因数整流器。流器。 7.4.1 PWM整流电路的任务原理整流电路的任务原理图图7-30 单相单相PWM整流电路整流电路a)单相半桥电路单相半桥电路 b)单相全桥电路单相全桥电路 可分为电压型和电流型两大类，目前研讨和可分为电压型和电流型两大类，目前研讨和运用较多的是电压型运用较多的是电压型PWM整流电路。整流电路。单相单相PWM整流电路整流电路 对于半桥电路来说，直流侧电容必需由对于半桥电路来说，直流侧电容必需由两个电容串联，其中点和交流电源衔接，对两个电容串联，其中点和交流电源衔接，对于全桥电路来说，直流侧电容只需一个就可于全桥电路来说，直流侧电容只需一个就可以了。以了。 任务原理以全桥电路为例任务原理以全桥电路为例 按照正弦信号波和三角波相比较的方按照正弦信号波和三角波相比较的方法对图法对图7-30b中的中的V1V4进展进展SPWM控制，就控制，就可以在桥的交流输入端可以在桥的交流输入端AB产生一个产生一个SPWM波波uAB。 uAB中含有和正弦信号波同频率且幅中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波载波有值成比例的基波分量，以及和三角波载波有关的频率很高的谐波，而不含有低次谐波。关的频率很高的谐波，而不含有低次谐波。 由于由于Ls的滤波作用，的滤波作用，is脉动很小，可以脉动很小，可以忽略，所以当正弦信号波的频率和电源频率忽略，所以当正弦信号波的频率和电源频率一样时，一样时，is也为与电源频率一样的正弦波。也为与电源频率一样的正弦波。 包括外接电抗器包括外接电抗器的电感和交流电的电感和交流电源内部电感，是源内部电感，是电路正常任务所电路正常任务所必需的。必需的。7.4.1 PWM整流电路的任务原理整流电路的任务原理图图7-31 PWM整流电路的运转方式相量图整流电路的运转方式相量图 a) 整流运转整流运转 b) 逆变运转逆变运转 c) 无功补偿运转无功补偿运转 d) 超前角为超前角为 在在us一定的情况下，一定的情况下，is的幅值和的幅值和相位仅由相位仅由uAB中基波分量中基波分量uABf的的幅值及其与幅值及其与us的相位差来决议，改的相位差来决议，改动动uABf的幅值和相位，就可以使的幅值和相位，就可以使is和和us同相位、反相位，同相位、反相位，is比比us超前超前90,或使或使is与与us的相位差为所需求的相位差为所需求的角度。的角度。 图图a中，滞后的相角为中，滞后的相角为，和完，和完全同相位，电路任务在整流形状，全同相位，电路任务在整流形状，且功率因数为且功率因数为1，是，是PWM整流电整流电路最根本的任务形状。路最根本的任务形状。 图图b中超前的相角为中超前的相角为，和的相，和的相位正好相反，电路任务在逆变形状，位正好相反，电路任务在逆变形状，阐明阐明PWM整流电路可以实现能量整流电路可以实现能量正反两个方向的流动正反两个方向的流动 。 7.4.1 PWM整流电路的任务原理整流电路的任务原理图图c中滞后的相角为中滞后的相角为，超前，超前90，电路在，电路在向交流电源送出无功向交流电源送出无功功率，这时的电路被功率，这时的电路被称为静止无功功率发称为静止无功功率发生器生器Static Var GeneratorSVG。 在图在图d的情况下，的情况下，经过对经过对 幅值和相幅值和相位的控制，可以使位的控制，可以使 比比 超前或滞后任超前或滞后任一角度一角度。 图图7-31 PWM整流电路的运转方式相量图整流电路的运转方式相量图 a) 整流运转整流运转 b) 逆变运转逆变运转 c) 无功补偿运转无功补偿运转 d) 超前角为超前角为 7.4.1 PWM整流电路的任务原理整流电路的任务原理图图7-30 b)单相全桥电路单相全桥电路 整流运转形状整流运转形状 当当us0时，由时，由V2、VD4、VD1、Ls和和V3、VD1、VD4、Ls分别组成了两分别组成了两个升压斩波电路。个升压斩波电路。 以包含以包含V2的升压斩波电路为例，当的升压斩波电路为例，当V2导通时，导通时，us经过经过V2、VD4向向Ls储储能，当能，当V2关断时，关断时，Ls中储存的能量经过中储存的能量经过VD1、VD4向直流侧电容向直流侧电容C充电。充电。 当当us0时类似。时类似。电压型电压型PWM整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压可以从交流电源整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压可以从交流电源电压峰值附近向高调理，运用时要留意电力半导体器件的维护；同时也要留电压峰值附近向高调理，运用时要留意电力半导体器件的维护；同时也要留意，向低调理就会使电路性能恶化，以致不能任务。意，向低调理就会使电路性能恶化，以致不能任务。 7.4.1 PWM整流电路的任务原理整流电路的任务原理负负载载图图7-32 三相桥式三相桥式PWM整流电路整流电路 三相三相PWM整流电路整流电路 是最根本的是最根本的PWM整流电路之一，其运用也最为广泛。整流电路之一，其运用也最为广泛。 电路的任务原理也和前述的单相全桥电路类似，只是从单相扩展电路的任务原理也和前述的单相全桥电路类似，只是从单相扩展到三相。到三相。 对电路进展对电路进展SPWM控制，在桥的交流输入端控制，在桥的交流输入端A、B和和C可得到可得到SPWM电压，对各相电压按图电压，对各相电压按图7-31a的相量图进展控制，就可以使各相的相量图进展控制，就可以使各相电流电流ia、ib、ic为正弦波且和电压相位一样，功率因数近似为为正弦波且和电压相位一样，功率因数近似为1。 该电路也可以任务在图该电路也可以任务在图7-31b的逆变运转形状及图的逆变运转形状及图c或或d的形状。的形状。 7.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法图图7-33 间接电流控制系统构造间接电流控制系统构造 根据有没有引入电流反响可以将这些控制方法分为两种，没有引入交根据有没有引入电流反响可以将这些控制方法分为两种，没有引入交流电流反响的称为间接电流控制，引入交流电流反响的称为直接电流流电流反响的称为间接电流控制，引入交流电流反响的称为直接电流控制。控制。间接电流控制间接电流控制 也称为相位和幅值控制，按照图也称为相位和幅值控制，按照图7-31a逆变运转时为图逆变运转时为图7-31b的的相量关系来控制整流桥交流输入端电压，使得输入电流和电压同相位，相量关系来控制整流桥交流输入端电压，使得输入电流和电压同相位，从而得到功率因数为从而得到功率因数为1的控制效果。的控制效果。 控制系统的闭环是整流器直流侧电压控制环。控制系统的闭环是整流器直流侧电压控制环。 三相桥三相桥式电路式电路7.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法图图7-33 间接电流控制系统构造间接电流控制系统构造 控制原理控制原理 和实践的直流电压和实践的直流电压ud比较后送入比较后送入PI调理器，调理器，PI调理器的输出为不断流调理器的输出为不断流电流信号电流信号id，id的大小和整流器交流输入电流幅值成正比。的大小和整流器交流输入电流幅值成正比。 稳态时，稳态时，ud= ，PI调理器输入为零，调理器输入为零，PI调理器的输出调理器的输出id和负载电流大小和负载电流大小对应，也和交流输入电流幅值相对应。对应，也和交流输入电流幅值相对应。 负载电流增大时，负载电流增大时，C放电而使放电而使ud下降，下降，PI的输入端出现正偏向，使其输出的输入端出现正偏向，使其输出id增大，进而使交流输入电流增大，也使增大，进而使交流输入电流增大，也使ud上升；到达新的稳态时，上升；到达新的稳态时，ud和和 相等，相等，PI调理器输入仍恢复到零，而调理器输入仍恢复到零，而id那么稳定为新的较大的值，与较大的负那么稳定为新的较大的值，与较大的负载电流和较大的交流输入电流对应。载电流和较大的交流输入电流对应。 负载电流减小时，调理过程和上述过程相反。负载电流减小时，调理过程和上述过程相反。7.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法图图7-33 间接电流控制系统构造间接电流控制系统构造 从整流运转变为逆变运转时从整流运转变为逆变运转时 负载电流反向而向直流侧电容负载电流反向而向直流侧电容C充电，使充电，使ud抬高，抬高，PI调调理器出现负偏向，其输出理器出现负偏向，其输出id减小后变为负值，使交流输入减小后变为负值，使交流输入电流相位和电压相位反相，实现逆变运转。电流相位和电压相位反相，实现逆变运转。 到达稳态时，到达稳态时，ud和和 依然相等，依然相等，PI调理器输入恢复到调理器输入恢复到零，其输出零，其输出id为负值，并与逆变电流的大小相对应。为负值，并与逆变电流的大小相对应。 7.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法图图7-33 间接电流控制系统构造间接电流控制系统构造 控制系统中其他部分的任务原理控制系统中其他部分的任务原理 图中上面的乘法器是图中上面的乘法器是id分别乘以和分别乘以和a、b、c三相相电压三相相电压同相位的正弦信号，再乘以电阻同相位的正弦信号，再乘以电阻R，得到各相电流在，得到各相电流在Rs上上的压降的压降uRa、uRb和和uRc。 图中下面的乘法器是图中下面的乘法器是id分别乘以比分别乘以比a、b、c三相相电压三相相电压相位超前相位超前/2的余弦信号，再乘以电感的余弦信号，再乘以电感L的感抗，得到各的感抗，得到各相电流在电感相电流在电感Ls上的压降上的压降uLa、uLb和和uLc。7.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法 各相电源相电压各相电源相电压ua、ub、uc分别减去前面求得的输入电流在电阻分别减去前面求得的输入电流在电阻R和电感和电感L上的压降，就可得到所需求的交流输入端各相的相电压上的压降，就可得到所需求的交流输入端各相的相电压uA、uB和和uC的信号，用该信号对三角波载波进展调制，得到的信号，用该信号对三角波载波进展调制，得到PWM开关开关信号去控制整流桥，就可以得到需求的控制效果。信号去控制整流桥，就可以得到需求的控制效果。存在的问题存在的问题 在信号运算过程中用到电路参数在信号运算过程中用到电路参数Ls和和Rs，当，当Ls和和Rs的运算值和实的运算值和实践值有误差时，会影响到控制效果。践值有误差时，会影响到控制效果。 是基于系统的静态模型设计的，其动态特性较差。是基于系统的静态模型设计的，其动态特性较差。图图7-33 间接电流控制系统构造间接电流控制系统构造 7.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法图图7-34 直接电流控制系统构造图直接电流控制系统构造图 直接电流控制直接电流控制 经过运算求出交流输入电流指经过运算求出交流输入电流指令值，再引入交流电流反响，经令值，再引入交流电流反响，经过对交流电流的直接控制而使其过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值。跟踪指令电流值。 图图7-34的控制系统是一个双闭的控制系统是一个双闭环控制系统，其外环是直流电压环控制系统，其外环是直流电压控制环，内环是交流电流控制环。控制环，内环是交流电流控制环。 控制原理控制原理 外环外环PI调理器的输出为调理器的输出为id，id分别乘以和分别乘以和a、b、c三相相电压三相相电压同相位的正弦信号，得到三相交同相位的正弦信号，得到三相交流电流的正弦指令信号流电流的正弦指令信号i*a，i*b和和i*c。 电流滞电流滞环比较环比较方式方式 7.4.2 PWM整流电路的控制方法整流电路的控制方法 i*a，i*b和和i*c分别和各分别和各自的电源电压同相位，其幅自的电源电压同相位，其幅值和反映负载电流大小的直值和反映负载电流大小的直流信号流信号id成正比，这是整流成正比，这是整流器运转时所需的交流电流指器运转时所需的交流电流指令信号。令信号。 指令信号和实践交流电指令信号和实践交流电流信号比较后，经过滞环对流信号比较后，经过滞环对器件进展控制，便可使实践器件进展控制，便可使实践交流输入电流跟踪指令值。交流输入电流跟踪指令值。 采用滞环电流比较的直接采用滞环电流比较的直接电流控制系统构造简单，电电流控制系统构造简单，电流呼应速度快，控制运算中流呼应速度快，控制运算中未运用电路参数，系统鲁棒未运用电路参数，系统鲁棒性好，因此获得了较多的运性好，因此获得了较多的运用。用。图图7-34 直接电流控制系统构造图直接电流控制系统构造图 电流滞环电流滞环比较方式比较方式 本章小结本章小结PWM控制技术的位置控制技术的位置 PWM控制技术是在电力电子领域有着广泛的运用，并控制技术是在电力电子领域有着广泛的运用，并对电力电子技术产生了非常深远影响的一项技术。对电力电子技术产生了非常深远影响的一项技术。PWM技术与器件的关系技术与器件的关系 IGBT、电力、电力MOSFET等为代表的全控型器件的不断完等为代表的全控型器件的不断完善给善给PWM控制技术提供了强大的物质根底。控制技术提供了强大的物质根底。PWM控制技术用于直流斩波电路控制技术用于直流斩波电路 直流斩波电路实践上就是直流直流斩波电路实践上就是直流PWM电路，是电路，是PWM控制控制技术运用较早也成熟较早的一类电路，运用于直流电动技术运用较早也成熟较早的一类电路，运用于直流电动机调速系统就构成广泛运用的直流脉宽调速系统。机调速系统就构成广泛运用的直流脉宽调速系统。PWM控制技术用于交流控制技术用于交流交流变流电路交流变流电路 斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是PWM控制技控制技术在这类电路中运用的代表。术在这类电路中运用的代表。 目前其运用都还不多，但矩阵式变频电路因其容易实现目前其运用都还不多，但矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可望有良好的开展前景。集成化，可望有良好的开展前景。本章小结本章小结PWM控制技术用于逆变电路控制技术用于逆变电路 PWM控制技术在逆变电路中的运用最具代表性。控制技术在逆变电路中的运用最具代表性。 正是由于在逆变电路中广泛而胜利的运用，才奠定了正是由于在逆变电路中广泛而胜利的运用，才奠定了PWM控制技控制技术在电力电子技术中的突出位置。术在电力电子技术中的突出位置。 除功率很大的逆变安装外，不用除功率很大的逆变安装外，不用PWM控制的逆变电路已非常少见。控制的逆变电路已非常少见。 第第4章因尚未涉及到章因尚未涉及到PWM控制技术，因此对逆变电路的引见是不完控制技术，因此对逆变电路的引见是不完好的，学完本章才干对逆变电路有较完好的认识。好的，学完本章才干对逆变电路有较完好的认识。PWM控制技术用于整流电路控制技术用于整流电路 PWM控制技术用于整流电路即构成控制技术用于整流电路即构成PWM整流电路。整流电路。 可看成逆变电路中的可看成逆变电路中的PWM技术向整流电路的延伸。技术向整流电路的延伸。 PWM整流电路已获得了一些运用，并有良好的运用前景。整流电路已获得了一些运用，并有良好的运用前景。 PWM整流电路作为对第整流电路作为对第3章的补充，可使我们对整流电路有更全章的补充，可使我们对整流电路有更全面的认识。面的认识。本章小结本章小结PWM控制技术与相位控制技术控制技术与相位控制技术 以第以第3章相控整流电路和第章相控整流电路和第6章交流调压电路为代表的章交流调压电路为代表的相位控制技术至今在电力电子电路中仍占据着重要位置。相位控制技术至今在电力电子电路中仍占据着重要位置。 以以PWM控制技术为代表的斩波控制技术正在越来越占控制技术为代表的斩波控制技术正在越来越占据着主导位置。据着主导位置。 相位控制和斩波控制分别简称相控和斩控。相位控制和斩波控制分别简称相控和斩控。 把两种技术对照学习，对电力电子电路的控制技术会把两种技术对照学习，对电力电子电路的控制技术会有更明晰的认识。有更明晰的认识。