PWM控制技术介绍讲座课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/1/25,#,回目录,目 录,PWM,控制技术的基本原理,PWM,控制技术的实现方式,PWM,控制技术的应用实例,总结,目 录,1,PWM,控制技术的基本原理,PWM,控制,脉冲宽度调制技术,1,、目的：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值），实现波形重组,2,、应用场合：逆变电路、脉冲整流、矩阵变换器、直流斩波、斩控式交流调压,3,、,PWM,技术在逆变电路中的发展最快，主要以逆变电路为主介绍,PWM,技术,PWM控制技术的基本原理PWM控制脉冲宽度调制技术,2,PWM,控制技术的基本原理,PWM,控制理论基础,1,、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,2,、冲量指窄脉冲的面积,3,、效果基本相同，是指环节的输出响应波形低频段非常接近，仅在高频段略有差异,PWM控制技术的基本原理PWM控制理论基础,3,PWM,控制技术的实现,PWM,技术的种类,1,、正弦调制,PWM,（,SPWM,）,2,、优化,PWM,3,、电流控制,PWM,4,、空间矢量调制,PWM,（,SVPWM,）,PWM控制技术的实现PWM技术的种类,4,PWM,控制技术的基本原理,如何实现,SPWM,1,、用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,2,、正弦半波,N,等分，可看成,N,个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等,3,、用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等,4,、矩形脉冲宽度按正弦规律变化,PWM控制技术的基本原理如何实现SPWM,5,PWM,控制技术的实现,SPWM,的实现,1,、计算法,根据基波频率、幅值和调制频率，准确计算,PWM,波各脉冲宽度和间隔来控制逆变电路开关器件的通断,当输出基波波形的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化,2,、调制法,采用调制频率的高频信号作为载波，输出波形作调制信号，进行调制得到期望的,PWM,波,等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称,PWM控制技术的实现SPWM的实现,6,PWM,控制技术的实现,三相,SPWM,的实现,PWM控制技术的实现三相SPWM的实现,7,PWM,控制技术的实现,三相,SPWM,的实现,1,、上管和下管波形互补,2,、当调制信号大于载波信号时，给上管导通信号，小于时给下管导通信号,3,、,PWM,波形只有两种电平，输出线电压三种电平，负载相电压五种电平组成,PWM控制技术的实现三相SPWM的实现,8,PWM,控制技术的实现,SPWM,的数字实现,1,、自然采样法,要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多,2,、规则采样,效果接近自然采样法，计算量小得多,PWM控制技术的实现SPWM的数字实现,9,PWM,控制技术的实现,SPWM,的主要谐波成分（共用载波）,PWM控制技术的实现SPWM的主要谐波成分（共用载波）,10,PWM,控制技术的实现,SPWM,的特点,1,、,优点：,实现简单、输出波形,好,2,、,缺点,：,开关频率比较高、电,压,利用率低,PWM控制技术的实现SPWM的特点,11,PWM,控制技术的实现,SPWM,的改进,原因：在相电压中加入相同成分，线电压中不体现,改进,1,：加入三次谐波以提高直流电压利用率,PWM控制技术的实现SPWM的改进,12,PWM,控制技术的实现,SPWM,的改进,改进,2,：加入电压为,的直流分量降低开关频率,PWM控制技术的实现SPWM的改进,13,PWM,控制技术的实现,优化,PWM,算法的原理,基于某项优化指标，计算出各个开关管在特定开关角度的触发脉冲。,优化,PWM,算法的控制目标,消除特定谐波（,SHE,）、谐波电流最小化、电机转矩和转速脉动最优等优化方式。,PWM控制技术的实现优化PWM算法的原理,14,PWM,控制技术的实现,特定谐波消除,PWM,（,SHEPWM,）的原理,1,、输出电压波形为四分之一周期对称波形（,/2,和,/2,对称）,2,、输出电压半周期内，器件通、断各,3,次（不包括,0,和,），共,6,个开关时刻可控,PWM控制技术的实现特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理,15,PWM,控制技术的实现,特定谐波消除,PWM,（,SHEPWM,）的原理,确定,a,1,的值，再令两个不同的,a,n=0,，就可建三个方程，求得,PWM控制技术的实现特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理,16,PWM,控制技术的实现,特定谐波消除,PWM,（,SHEPWM,）的原理,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，可考虑消去,5,次和,7,次谐波，得如下联立方程：,PWM控制技术的实现特定谐波消除PWM（SHEPWM）的原理,17,PWM,控制技术的实现,特定谐波消除,PWM,（,SHEPWM,）的实现,1,、在输出电压半周期内器件通、断各,k,次，考虑,PWM,波四分之一周期对称，,k,个开关时刻可控，除用一个控制基波幅值，可消去,k,1,个频率的特定谐波,2,、由于优化算法比较复杂，很难实时实现，所以通常采用查表的方式。,PWM控制技术的实现特定谐波消除PWM（SHEPWM）的实现,18,PWM,控制技术的实现,优化,PWM,算法的特点,1,、,优点：,开关频率低，直流电,压,利用率,高,，适用于大功率变流器,2,、,缺点：,难实现实时,计算,，动态特性差，计算精度低,PWM控制技术的实现优化PWM算法的特点,19,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的原理,电流控制,PWM,仍为电压型逆变器，并非电流型逆变器,1,、很多场合要求逆变器输出电流波形，因此直接对输出电流进行闭环控制，可以达到更好的性能。,2,、通过给定电流与实际输出电流相比较，通过误差值控制功率开关的开关脉冲。,3,、实现方式包括：次振荡方式、滞环比较方式、预测电流控制方式等。,PWM控制技术的实现电流控制PWM的原理,20,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,1,、次振荡方式,优点：,实现简单，开关频率恒定,缺点：,动态性能差，电流具有跟踪误差,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现优点：实现简单，开关,21,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,1,、次振荡方式,加入反电势前馈,优点：,引入反电势信号前馈后可提高动态性能,缺点：,反电势计算困难,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现优点：引入反电势信号,22,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,2,、滞环电流,PWM,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现,23,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,2,、滞环电流,PWM,优点：,电流动态响应速度快，鲁棒性好，结构简单，输出电压波形中不含特定频率的谐波,缺点：,开关频率随着不同的运行状况变化剧烈，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现,24,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,2,、滞环电流,PWM,开关频率恒定改进方式一,根据指令电流的变化率动态地调整滞环宽度，频率升高时增加环宽，反之则降低，使开关频率基本保持不变。,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现,25,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,2,、滞环电流,PWM,开关频率恒定改进方式二,根据开关频率动态调整滞环宽度，频率升高时增加环宽，反之则降低，使开关频率基本保持不变。,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现,26,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,2,、滞环电流,PWM,开关频率恒定改进方式,优点：,实现了开关频率基本恒定,缺点：,需要通过系统参数计算实现，需要在控制快速性、准确性与开关频率间作出协调,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现,27,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,3,、同步采样方式,优点：,开关频率基本恒定，结构简单，鲁棒性强,缺点：,控制带宽低，由反电势引起的电流变化率不同导致电流波形差,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现优点：开关频率基本恒,28,PWM,控制技术的实现,电流控制,PWM,的实现,4,、预测电流控制方式,根据变流器的数学模型，由给定电流和实际电流的误差计算得到所需输出的电压，再由其他方式生成所需要的输出电压,优点：,输出电流波形好，开关频率恒定,缺点：,需要精确的变流器数学模型，算法非常复杂，计算量很大,PWM控制技术的实现电流控制PWM的实现,29,PWM,控制技术的实现,空间矢量,PWM,（,SVPWM,）的原理,PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的原理,30,PWM,控制技术的实现,空间矢量,PWM,（,SVPWM,）的实现,状态,0,1,2,3,4,5,6,7,Sa,0,1,0,1,0,1,0,1,Sb,0,0,1,1,0,0,1,1,Sc,0,0,0,0,1,1,1,1,PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的实现状态0,31,PWM,控制技术的实现,空间矢量,PWM,（,SVPWM,）的实现原则,1,、将逆变器的各个输出状态转换到静止直角坐标系中，形成空间电压矢量分布,2,、利用相邻的四个输出状态组合合成任意输出电压矢量,3,、合成的原则是等效作用时间相等。,PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的实现原则,32,PWM,控制技术的实现,空间矢量,PWM,（,SVPWM,）的实现,4,段式,SVPWM,：本周期从,0,矢量出发到,7,矢量；下个周期再,7,矢量出发到,0,矢量。,PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的实现,33,PWM,控制技术的实现,空间矢量,PWM,（,SVPWM,）的实现,7,段式,SVPWM,：一个周期内从,0,矢量出发回到,0,矢量,PWM控制技术的实现空间矢量PWM（SVPWM）的实现,34,PWM,控制技术的实现,SVPWM,的实现,空间电压矢量的计算：基于非正交基底（相邻两个基本电压矢量）的计算,PWM控制技术的实现SVPWM的实现,35,PWM,控制技术的实现,SVPWM,计算的基本步骤的实现原则,1,、根据所选用的控制方法计算电压矢量,2,、判断所属扇区，并选择相关的基本矢量并计算其幅值,3,、计算相关有效基本矢量的作用时间,t1,、,t2,和零矢量作用时间,t0,和,t7,4,、按时间序列发出三相,PWM,信号,PWM控制技术的实现SVPWM计算的基本步骤的实现原则,36,PWM,控制技术的实现,SVPWM,算法的特点,1,、,优点：,直流电,压,利用率,高,、动态特性好、软件实现方便、与控制算法良好的接口,2,、,缺点：,计算量稍大,PWM控制技术的实现SVPWM算法的特点,37,PWM,控制技术的实现,PWM,技术研究的热点问题,1,、死区补偿问题,为防止贯穿短路引入死区时间,死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定,低速、轻载时死区时间会带来较大的影响, PWM控制技术的实现PWM技术研究的热点问题,38,PWM,控制技术的实现,PWM,技术研究的热点问题,2,、,PWM,技术在多电平逆变器中的应用,可选矢量增加导致选择的难度,结合,PWM,技术实现电压控制, PWM控制技术的实现PWM技术研究的热点问题,39,PWM,控制技术的实现,PWM,技术研究的热点问题,3,、,PWM,技术在多相电机及多重化控制中的应用,可选矢量增加导致选择的难度,结合,PWM,技术实现输出波形改善,结合,PWM,技术实现输出功率平衡, PWM控制技术的实现PWM技术研究的热点问题,40,PWM,控制技术的应用实例,PWM,整流电路的工作原理,PWM控制技术的应用实例PWM整流电路的工作原理,41,PWM,控制技术的应用实例,PWM,整流电路的工作原理,PWM控制技术的应用实例PWM整流电路的工作原理,42,PWM,控制技术的应用实例,PWM,整流电路的工作原理,间接电流控制,PWM控制技术的应用实例PWM整流电路的工作原理,43,PWM,控制技术的应用实例,PWM,整流电路的工作原理,直接电流控制：电流滞环控制,PWM,PWM控制技术的应用实例PWM整流电路的工作原理,44,PWM,控制技术的实现,PWM,整流电路的工作原理,直接电流控制：预测电流控制,PWM,PWM控制技术的实现PWM整流电路的工作原理,45,总结,PWM,技术在电力电子技术中应用广泛，并对其影响深远,两电平的,PWM,技术基本已经成熟，多电平及多重化的,PWM,技术仍需进一步研究,由于电流控制,PWM,的优点，需要进行深入研究,由于,PWM,技术带来的谐波问题需要进行研究,总结,46,目 录,默认字体,谢 谢 ！,目 录默认字体谢 谢 ！,47,