PWM变换器(恢复).ppt

5 3电压型变换器与电流型变换器的比较 1 滤波环节电压型变换器其直流环节的滤波 主要应用大电容 因此电源阻抗小 相当于电压源 而电流型变换器其直流环节的滤波 主要应用大电感 相当于电流源 2 输出波形电压型变换器输出电压是方波 输出电流波形含有高次谐波 电流型变换器输出电流波形是方波 输出电压波形接近正弦波 这是由于高次谐波遇到电动机的阻抗较大 产生的高次谐波磁通很小 电机感应电动势就接近正弦波 正弦波上的毛刺是由元件换相引起的 3 四象限运行电压型变换器不容易进行四象限运行 原因是四象限运行时要求逆变桥运行在整流状态 而整流桥运行在逆变状态 这就要求直流环节的极性改变 由于直流环节接有大电容 因此改变极性很难 为了使电压型变换器能进行四象限运行 就要再设置一个全控整流桥与原来的整流桥反并联 增加造价 电流型变换器因直流环节串大电感 在维持电流方向不变的情况下 逆变桥和整流桥可改变极性 电动机功率经逆变桥 运行在整流状态 通过整流电路桥 运行在逆变状态 送回电网 4 负载电压型变换器适于带多台电机齐速运行 原因 属于恒压源 电压控制响应慢 适用于多台电动机同步运行时的供电电源而不要求快速加减速场合 电流型变换器除按u f为常数控制 可用于多台电机齐速运行外 尤其适于单机频繁加减速运行 原因 由于滤波电感的作用 系统对负荷变化的反应迟缓 不适合用于多电机传动 而更适合于一台变频器给一台电机供电的单机传动 但可满足快速起制动合可逆运行要求 5 功率因数电压型逆变器如果采用可控整流的话 其功率因数与电流型变换器差不多 如果采用不可控整流 采用直流斩波环节 或者SPWM 的话 其功率因数比电流型变换器要好 那么为何电流型变换器不采用不可控整流来改善功率因数呢 因为那样就会失去宝贵的四象限运行的功能 6 动态性能及稳定性电压型变换器有大电容 进行电流控制较难 电流型变换器可以用电流内环控制 快速响应 动态性能好 但低频时有转矩脉动现象 换流电容的充电电压是与负载电流大小有关 为保持换流能力 应保持有一定的负载运行 5 4脉宽调制逆变器 脉宽调制PWM pulsewidthmodulation 型逆变电路是靠改变脉冲宽度来控制输出电压的 通过改变调制周期来控制其输出频率 分类 以调制脉冲的极性分 单极性调制和双极性调制两种 以载频信号与参考信号频率之间的关系 同步调制和异步调制两种 PWM电路的特点 可以得到相当接近正弦波的输出电压和电流 所以也称为正弦波脉宽调制SPWM sinusoidalPWM SPWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通 断进行控制 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所需要的波形 按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制 即可改变逆变电路输出电压的大小 也可改变输出频率 5 4 1脉宽调制的基本原理 取样控制理论结论 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 冲量 即指窄脉冲的面积 效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同 如图5 10所示的三种窄脉冲形状不同 但面积相同 当它们分别加在同一个惯性环节上时 其输出响应基本相同 且脉冲越窄 其输出差异越小 三种窄脉冲形状不同 但面积相同 当它们分别加在同一个惯性环节上时 其输出响应基本相同 且脉冲越窄 其输出差异越小 图5 10冲量相等形状不同的三种窄脉冲 正弦半波分成n等份 每一份可看作是一个脉冲 这些脉冲宽度相等 都等于 n 但幅值不等 脉冲顶部为曲线 各脉冲幅值按正弦规律变化 把上述脉冲序列用同样数量的等幅不等宽的矩形脉冲序列代替 并使矩形脉冲的中点和相应正弦等分脉冲的中点重合 且使二者的面积 冲量 相等 就可以得到如图5 11 b 所示的脉冲序列 即PWM波形 同样也可得到正弦负半周波形 图5 11PWM控制的基本原理示意图 SPWM波形 完整的正弦波形用等效的PWM波形表示 原始方法 给出正弦波形的频率 幅值和半个周期的脉冲数后科计算出SPWM波形各脉冲宽度和间隔 按照计算结果控制电路中各开关器件的通断 实用方法 载波法 调制信号 希望输出的波形 载波 接受调制的信号 通过对载波的调制得到所期望的PWM波形 等腰三角形 5 4 2单相桥式PWM逆变电路的工作原理 GTR感性负载 图5 12单相桥式PWM逆变电路 1 单极性控制方式载波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角波 在负半周为负极性的三角波 在的正半周 VT1一直保持导通 VT2保持断态 在ur与uc正极性交点处控制VT4通断 uc ur各区间 控制VT4通态 uo Uduc ur各区间 控制VT4断态 uo 0 1 单极性控制方式载波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角波 在负半周为负极性的三角波 在的负半周 VT2一直保持导通 VT1保持断态 在ur与uc负极性交点处控制VT3通断 ur uc各区间 控制VT3通态 uo Uduc ur各区间 控制VT3断态 uo 0 负载电流可通过VD4与VT2续流 1 双极性控制方式载波uc为正负两个方向变化的等腰三角形波调制信号波ur为正弦波 在ur的正半周ur uc各区间 控制VT1VT4通态 VT2VT3断态 uo Udur uc各区间 控制VT2VT3通态 VT1VT4断态 uo Ud 1 双极性控制方式载波uc为正负两个方向变化的等腰三角形波调制信号波ur为正弦波 在ur的负半周Uruc各区间 控制VT1VT4通态 VT2VT3断态uo Ud 双极性控制特点 1 同一相上下两个桥臂晶体管的驱动信号相反 2 感性负载时 若VT1 VT4通 给关断信号 VT1 VT4立即关断 给VT2 V3T导通信号时 由于感性电流不能突变 电流减小产生的感应电动势使VT2 VT3不能立即导通 而是VD2VD3导通续流 如果能维持到下次VT1 VT4重新导通 负载电流方向始终没变化 VT2和VT3始终没导通 只有在负载电流较小无法连续续流情况下 在负载电流下降至0 VD2和VD3续流完毕 VT2和VT3导通 负载电流才反向流过负载 但无论VD2和VD3 VT2和VT3 导通 U0均为 Ud 从VT2 V3T导通向VT1 VT4切换情况也类似 可以看出 单相桥式电路既可以采取单极性调制 也可以采取双极性调制 由于对开关器件通断控制的规律不同 它们的输出波形也有较大差别 5 4 3三相桥式PWM逆变电路的工作原理 图5 16三相桥式PWM变频波形 5 4 4PWM变频电路的调制控制方式 图5 17同步调制控制的三相PWM变频波形 图5 18自然取样法生成SPWM波形