第4章PWM控制及其變異4.1變換器的PWM控制方法及多電平SPWM

4.1.1PWM的基本概念

4.1.2載波PWM

4.2空間矢量PWM

4.2.1SVPWM基本原理

4.2.2SVPWM矢量合成

4.2.3SVPWM開關順序

4.2.4多電平SVPWM

4.3其他類型的PWM方法

4.3.1特定消諧PWM

4.3.2具有反饋環節的PWM

4.3.3單周期控制(One-cyclecontrol)《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第1頁!第4章PWM控制及其變異4.4PWM波形的死區、最小脈寬和異常脈沖

4.4.1死區及最小脈寬

4.4.2信號脈沖與功率脈沖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第2頁!4.1變換器的PWM控制方法及多電平SPWM電力電子變換器的控制策略和方法與其使用的電力半導體器件和拓撲結構有密切的關系，不同的開關器件和不同的拓撲有不同的PWM方式，比如，基于半控開關和全控開關的變換器控制方式完全不一樣，基于不同類型的全控開關的變換器控制方式中的關鍵參數也存在很大的差異，例如開關頻率，在小容量的MOSFET變換器中，開關頻率可以大于100kHz，而在兆瓦級的大容量IGCT變換器中，其開關頻率一般小于1kHz。《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第3頁!4.1.1PWM的基本概念圖4-2電氣傳動變換器的PWM方式《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第4頁!1.常規的多電平載波PWM方法圖4-3常規五電平載波的PWM示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第5頁!3.載波頻率變化的PWM圖4-5載波頻率變化的五電平載波的PWM示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第6頁!5.相移載波的PWM圖4-7相移載波的五電平載波的PWM示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第7頁!5.相移載波的PWM圖4-9三角波載波比較示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第8頁!4.2.1SVPWM基本原理圖4-10典型的三相逆變器驅動電機電路圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第9頁!4.2.1SVPWM基本原理圖4-12三相兩電平逆變器輸出的電壓空間矢量《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第10頁!4.2.2SVPWM矢量合成圖4-13不同矢量的合成方式《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第11頁!4.2.2SVPWM矢量合成圖4-15隨時間連續變化的幅值

最大的矢量圓形軌跡《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第12頁!圖4-16扇區內七段式開關順序

以及線電壓波形《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第13頁!表4-2常規七段式SVPWM開關順序《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第14頁!圖4-19第4扇區兩種有效的開關順序《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第15頁!表4-3偶次諧波消除的七段式SVPWM開關順序《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第16頁!圖4-22扇區內五段式開關順序以及線電壓波形《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第17頁!圖4-23五段式SVPWM波形《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第18頁!4.2.4多電平SVPWM圖4-24二極管鉗位三電平逆變器《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第19頁!4.2.4多電平SVPWM表4-5二極管鉗位三電平a相輸出電平《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第20頁!圖4-27扇區矢量合成《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第21頁!圖4-29五相三電平和四電平矢量圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第22頁!4.3.1特定消諧PWM圖4-30兩電平逆變器-異步電機集成系統《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第23頁!4.3.1特定消諧PWM圖4-32消除5、7次諧波的SHEPWM輸出電壓波形《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第24頁!4.3.2具有反饋環節的PWM1.瞬時電流控制PWM

2.滯環電流控制PWM《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第25頁!1.瞬時電流控制PWM圖4-35滯環PWM控制框圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第26頁!2.滯環電流控制PWM圖4-37單周期控制的Buck電路《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第27頁!4.3.3單周期控制(One-cyclecontrol)圖4-38單周期PWM調制波形圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第28頁!4.4.1死區及最小脈寬(1)死區時間死區時間用tBD(Blocking

delay

time)表示，代表一個橋臂兩個互鎖IGCT的驅動信號同為關斷狀態的時間。

(2)通態最小脈寬時間通態最小脈寬時間用tONMIN表示，代表同一個IGCT的驅動信號維持導通的最小時間。

(3)阻態最小脈寬時間《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第29頁!4.4.1死區及最小脈寬圖4-40單個IGCT的開關過程示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第30頁!圖4-42死區和最小脈寬的定義《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第31頁!4.4.2信號脈沖與功率脈沖圖4-44實測的信號脈沖與功率脈沖的比較《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第32頁!4.1.1PWM的基本概念圖4-1電氣傳動變換器的PAM方式《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第33頁!4.1.2載波PWM1.常規的多電平載波PWM方法

2.注入零序分量的多電平載波PWM方法

3.載波頻率變化的PWM

4.混合載波的PWM

5.相移載波的PWM《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第34頁!2.注入零序分量的多電平載波PWM方法圖4-4注入零序分量的五電平載波的PWM示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第35頁!4.混合載波的PWM圖4-6混合載波的五電平載波的PWM示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第36頁!5.相移載波的PWM圖4-8鋸齒波載波比較示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第37頁!4.2空間矢量PWM空間矢量PWM(SpaceVectorPWM,SVPWM)也可稱為磁通正弦PWM，它是從電機氣隙磁場的角度出發，著眼于如何使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉磁場。它以三相對稱正弦波電壓供電時的交流電機的理想磁通圓為基準，采用逆變器不同的開關模式所產生的實際磁通去近似基準圓磁通，從而形成PWM。該控制方法把逆變器和電機看成一個整體來處理，特別適合集成系統的應用。它將電機內部圓形磁場的控制轉化為變換器的開關控制，兩者完全融合于一體，充分體現了電力電子與電機系統集成的特性。該方法模型簡單，便于實時控制，并具有轉矩脈動小、噪聲低、電壓利用率高等優點，在開閉環控制系統中都得到廣泛應用。《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第38頁!4.2.1SVPWM基本原理圖4-11兩電平逆變器輸出狀態《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第39頁!4.2.1SVPWM基本原理表4-1逆變器輸出電壓空間矢量作用下電機的相、線電壓實時值《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第40頁!4.2.2SVPWM矢量合成圖4-14不同矢量合成方式合成矢量的范圍《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第41頁!4.2.3SVPWM開關順序1)在每一次開關狀態切換的過程中，只允許有某一相中的兩個互鎖開關動作，其中一個開通，另一個關斷。

2)當參考矢量Ｕref從一個扇區跨到另一個扇區的時候，要使需要動作的開關數最少，通常是沒有開關進行動作。《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第42頁!圖4-17第二扇區內七段式開關順序以及線電壓波形《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第43頁!圖4-18常規七段式SVPWM的輸出電壓波形《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第44頁!圖4-20偶次諧波消除的七段式SVPWM區域示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第45頁!圖4-21偶次諧波消除的七段式SVPWM波形《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第46頁!表4-4五段式SVPWM開關順序(A型)《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第47頁!4.2.4多電平SVPWM1)零電壓矢量3個：Ｕ0P(PPP)、Ｕ0O(OOO)、Ｕ0N(NNN)，幅值為零。

2)小電壓矢量12個，兩兩重合，即Ｕ1P(POO)和Ｕ1N(ONN)、Ｕ2P(PPO)和Ｕ2N(OON)、Ｕ3P(OPO)和Ｕ3N(NON)、Ｕ4P(OPP)和Ｕ4N(NOO)、Ｕ5P(OOP)和Ｕ5N(NNO)、Ｕ6P(POP)和Ｕ6N(ONO)，其中前者為P型小矢量，后者為N型小矢量，幅值都為Ud/3。

3)中電壓矢量6個，Ｕ7(PON)、Ｕ8(OPN)、Ｕ9(NPO)、Ｕ10(NOP)、、Ｕ12(PNO)，幅值為Ud/。

4)大電壓矢量6個，Ｕ13(PNN)、Ｕ14(PPN)、Ｕ15(NPN)、Ｕ16(NPP)、、Ｕ18(PNP)，幅值為2Ud/3。《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第48頁!4.2.4多電平SVPWM圖4-25三電平SVPWM基本矢量《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第49頁!圖4-26直流母線電壓不

平衡時的基本矢量分布《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第50頁!圖4-28三相四電平和五電平矢量圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第51頁!4.3其他類型的PWM方法SHEPWM本質上是一種優化PWM，它通過開關角度的選擇，在有限的開關次數下，盡量的消除低次諧波，使得高次諧波容易濾出，減小濾波器的體積。缺點是開關角度固定，需要提前計算，占用內存多，改動困難，不夠靈活。另外，SHEPWM控制的是一個線電壓周期內的開關狀態，無法像SVPWM和SPWM一樣可以在一個開關周期內對開關狀態進行控制。這使得SHEPWM主要用于對動態特性要求不高的場合，而不適合作為高性能閉環控制，如矢量控制和直接轉矩控制的PWM算法。《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第52頁!4.3.1特定消諧PWM圖4-31逆變器輸出波形示意圖(1/4周期對稱)《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第53頁!4.3.1特定消諧PWM圖4-33消除5、7次諧波的五電平波形《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第54頁!1.瞬時電流控制PWM圖4-34瞬時電流控制PWM框圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第55頁!2.滯環電流控制PWM圖4-36滯環PWM輸出波形示意圖《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第56頁!4.3.3單周期控制(One-cyclecontrol)1)單周期控制同時具有調制和控制的作用，一個周期內自動消除穩態、瞬態誤差，前一周期的誤差不會帶到下一周期。

2)單周期控制技術還具有優化系統響應、開關頻率可恒定、減小畸變、抑制電源干擾和易于實現等優點。《WM控制及其變異》課件共62頁，您現在瀏覽的是第57頁!4.4PWM波形的死區、最小脈寬和異常脈沖從前面對電力電子變換器中的幾個基本組成元素，即電力半導體器件、變換器拓撲結構和變換器控制方法的分析可以看出，這三者是緊密聯系在一起的。在每一部分的分析中不可避免的都要涉及其他元素的影響，其中有代表性的影響因素為“死區”與“最小脈寬”