轉子磁鍊模型
第三節逆變器的PWM控制 為何采用PWM控制？ 為何采用PWM控制？ 為何采用PWM控制？ 為何采用PWM控制？ PWM基本原理 把一個正弦半波分作N等分，然後把每一等分的正弦曲線和橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，矩形脈沖的中點與正弦波每一等分的中點重合。 PWM基本原理 由N個等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦的半周等效。 上頁圖中一系列脈沖波形就是所期望的逆變器輸出PWM波形。 由于各脈沖的幅值相等，是以逆變器可由恒定的直流電源供電，符合逆變器的電能直交變換模式。 SPWM原理 SPWM原理 SPWM的原理為在控制電路中調制，在主電路中輸出。在控制電路中，一個頻率為fr幅值為Ur的參考正弦波Wsin(調制信号)加載于頻率為fc幅值為Uc的三角波WΔ(載波)後，得到一個脈沖寬度變化的SPWM波Wspwm(已調制波)，用已調制波的高低邏輯電平經配置設定與放大後去驅動逆變器的主開關元件，即可使逆變器輸出與已調制波Wspwm相似的SPWM電壓波形，SPWM輸入輸出原理框圖如下頁所示： 調制度M：為正弦調制波參考信号幅值Urm與三角載波幅值Ucm之比，用公式表示為： 載波比N：為三角載波頻率fc與正弦調制波參考信号頻率fr之比，用公式表示為： SPWM分類 從調制脈沖的極性上 單極性脈寬調制：如果在正弦調制波的半個周期内，三角載波隻在正或負的一種極性範圍内變化，所得到的SPWM波也隻處于一個極性的範圍内 雙極性脈寬調制：如果在正弦調制波半個周期内，三角載波在正負極性之間連續變化，則SPWM波也是在正負之間變化 SPWM分類 從載頻信号和參考信号的頻率關系 異步調制：載波信号和調制信号不同步的調制方式。 同步調制： N 等于常數，并在變頻時使載波和信号波保持同步。 分段同步調制：把 fr 範圍劃分成若幹個頻段，每個頻段内保持N恒定，不同頻段N不同； 單極性SPWM波形 單極性SPWM波形 當參考電壓高于三角波電壓時，相應輸出電壓為正電平，反之則産生零電平。 負半軸是用同樣的方法調制後再倒相而成。 調制結果是産生等幅、不等寬的脈沖列。 逆變器主電路能對電機繞組的進線端提供三個不同的電位值 (參考點可任選取) 雙極性SPWM波形 雙極性SPWM調制方法和單極性相同； 雙極性控制時逆變器同一橋臂上下兩個器件交替通斷，處于互補的工作方式。主電路提供 兩個電位值。 雙極性SPWM波形 雙極性SPWM波形數學分析 雙極性SPWM波形電壓表達式為 寫成傅立葉級數形式為 雙極性SPWM波形數學分析 記作 式中 雙極性SPWM波形數學分析 依據上頁理論基礎，可計算不同調制比M時的基波及主要高次諧波的相對值。 定義 通過同樣的多次計算，在載波比N足夠大，調制系數 時，可以得到以下結論： 雙極性SPWM波形數學分析 a)基波分量與調制系數成正比，即 說明隻要改變參考正弦波的幅值，就可以改變輸出spwm波形中基波分量幅值，且該幅值與調制系數成正比，這就為準确控制輸出電壓的基波值打下了基礎。 b)小于(N－2)次的諧波電壓全部為零，消除了(N－2)次以下全部較低次數的高次諧波。 雙極性SPWM諧波分析 雙極性SPWM諧波分析 雙極性SPWM諧波分析 SPWM脈寬調制方法 同步調制 基本同步調制方式，fr 變化時N不變，信号波一周期内輸出脈沖數固定； 三相電路中公用一個三角波載波，且取 N 為3的整數倍，使三相輸出對稱 SPWM脈寬調制方法 同步調制(續) 為使一相的PWM波正負半周鏡對稱，N應取奇數； fr 很低時，fc 也很低，由調制帶來的諧波不易濾除； fr 很高時，fc 會過高，使開關器件難以承受。 SPWM脈寬調制方法 異步調制 整個輸出頻率範圍内載波比N不為常數，一般是保持載波頻率始終不變，這樣可使低頻時載波比增大，輸出半周期内脈沖數增加，解決了較低次數的高次諧波問題； 不能在整個輸出頻率範圍内滿足N為3的倍數的要求，會使輸出電壓波形相位随時變化，難以保證正、負半波以及三相之間的對稱性，會引起偶次諧波等其他問題。 SPWM脈寬調制方法 異步調制(續) 通常保持 fc 固定不變，當 fr 變化時，載波比 N 是變化的； 在信号波的半周期内，PWM波的脈沖個數不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期内前後1/4周期的脈沖也不對稱； SPWM脈寬調制方法 異步調制(續) 當 fr 較低時，N 較大，一周期内脈沖數較多，脈沖不對稱産生的不利影響都較小； 當 fr 增高時，N 減小，一周期内的脈沖數減少，PWM 脈沖不