第章脉宽调制技术.ppt
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1、1变频技术课件(4)电气工程系2随堂小测验(3)1.什么是电压型和电流型逆变器?各有何特点?2.什么是PAM?3随堂测验讲评1.什么是电压型和电流型逆变器?各有何特点?电压型逆变器。这种变频器由整流器和逆变器两部分组成,在逆变器的直流侧并联有大电容,用来缓冲无功功率。由于大电容存在,使直流输出电压具有电压源的特性,内阻很小。这样使逆变器的交流输出电压被钳位为矩形波,与负载性质无关。电流型逆变器。这种变频器在直流电源上串联了大电感来进行滤波。由于大电感的限流作用,为逆变器提供的直流电流波形平直、脉动很小,具有电流源特性,能有效地抑制故障电流的上升率,实现较理想的保护功能。使逆变器输出的交流电流为
2、矩形波,与负载性质无关,而输出的交流电压波形及相位随负载的变化而变化。对于变频调速系统而言,这个大电感同时又是缓冲负载无功能量的储能元件。4随堂测验讲评2.什么是PAM?答:PAM是一种利用改变电压源的电压或改变电流源的幅值来进行输出控制的一种方式。它在逆变器部分只控制频率,在交流器部分控制输出的电压或电流。5第4章 脉宽调制技术n 脉宽调制(PWM)概述n PWM控制的基本原理n PWM型逆变电路的控制方式n SPWM逆变器的控制技术n 电流跟踪型PWM逆变器控制技术本章要点6脉宽调制技术简称PWM(Pulse Width Modulation)PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行
3、控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波状,所获得的输出平滑且低次高次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可以改变输出频率。7这种PWM型变频电路的主要特点为:可以得到相当接近正弦波的输出电压;整流电路采用二极管,提高了变频电源对交流电网的功率因数,可获得接近1的功率因数;电路结构简单,使装置的体积变小,重量减轻,造价下降,可靠性提高。改善了系统的动态性能和电机运行性能,通过对输出脉冲宽度的控制,可改变输出电压,加快了变频过程的动态响应,
4、提高了调节速度,使调节过程中电压与频率的配合好。基于上述原因,在自关断器件出现并成熟后,PWM控制技术就获得了很快的发展,已成为电力电子技术中一个重要的组成部分。84.1 PWM调制方法与控制技术4.1.1 PWM控制的基本原理 即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上,其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。9用一系列等幅而不等宽的脉冲代替正弦半波。在给出了正弦波频率、幅值和半个周期内的脉冲数后,PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的PWM波形。10 采用电力晶体管作为开关器件的电压型单相桥式逆变电路 11121314
5、1.异步调制 载波信号和调制信号不保持同步关系的调制方式称为异步方式。在异步调制方式中,调制信号频率fr变化时,通常保持载波频率fc固定不变,因而载波比N是变化的。在采用异步调制方式时,希望尽量提高载波频率,以使在调制信号频率较高时仍能保持较大的载波比,改善输出特性。4.1.2 PWM型逆变电路的控制方式152.同步调制 载波比N等于常数,并在变频时使载波信号和调制信号保持同步的调制方式称为同步调制。在基本同步调制方式中,调制信号频率变化时载波比N不变。调制信号半个周期内输出的脉冲数是固定的,脉冲相位也是固定的。1617184.2 SPWM逆变器的控制技术4.2.1 SPWM逆变器及其控制模式
6、 为了减小谐波影响,提高电机的运行性能,要求采用对称的三相正弦波电源为三相交流电动机供电,因此,PWM逆变器采用正弦波作为参考信号。这种正弦波脉宽调制型逆变器称为SPWM逆变器。实现SPWM的控制方式有三种:采用模拟电路;采用数字电路;采用模拟与数字电路相结合的控制方式。191.采用模拟电路202.采用数字电路(1)自然取样法 此方法与采用模拟电路由硬件自然确定SPWM脉冲宽度的方法很相似,故称为自然取样法。然而微机是采用计算的办法,寻找三角载波u与参考正弦波uR的交点,从而确定SPWM脉冲宽度的。采用数字电路的SPWM逆变器,可使用以软件为基础的控制模式。它的优点是:所用硬件较少,灵活性好,
7、智能性强;它的缺点是:需要通过计算来确定SPWM的脉冲宽度,有一定的延时和响应时间。21 规则取样法就是用UR和U近似交点A和B代替实际的交点A和B。用以确定SPWM脉冲信号的。这种方法虽然有一定的误差,但却大大减小了计算工作量。由下图可很容易地求出规则取样法的计算公式。(二)规则取样法22 设三角波和正弦波的幅值分别为um和usm,周期分别为T和Ts,脉宽t2和间隙时间t1及t3可由下式计算:t2=+sint1=t3=(T-t2)=234.2.2 具有消除谐波功能的SPWM控制模式的优化1两电平PWM逆变器消除谐波的一般方法在不提高载波频率的前提下,消除所不希望的各谐波分量。24252三电平
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