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冲量. 窄脉冲的面积. 环节的输出响应波形基本相同. 效果基本相同. f. (. t. ). f. (. t. ). f. (. t. ). f. (. t. ). d. (. t. ). t. t. t. O. O. O. O. t. c) 正弦半波脉冲. a) 矩形脉冲. b) 三角形脉冲. d) 单位脉冲函数. 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲. PWM 控制的基本思想. 重要理论基础 —— 面积等效原理. 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 。.
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冲量 窄脉冲的面积 环节的输出响应波形基本相同 效果基本相同 f ( t ) f ( t ) f ( t ) f ( t ) d ( t ) t t t O O O O t c)正弦半波脉冲 a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 d)单位脉冲函数 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 PWM控制的基本思想 重要理论基础——面积等效原理 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。
具体的实例说明“面积等效原理” a） e (t)－电压窄脉冲，是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是电路的响应。 冲量相等的各种窄脉冲的响应波形
u SPWM波 u > > O ωt O ωt u u > > O O ωt ωt • 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 面积相等原则 • 若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
U d O w t -U d U d O w t U - d • 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为： • 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
U U d O w t o t ω U - d • 等幅PWM波 • 输入电源是恒定直流 • 如： 直流斩波电路 • PWM逆变电路 • PWM整流电路 • 不等幅PWM波 • 输入电源是交流或不是恒定的直流 • 如： 斩控式交流调压电路 • 矩阵式变频电路
PWM波可等效的各种波形 • 直流斩波电路 直流波形 • SPWM波 正弦波形 • 等效成其他所需波形，如: • 所需波形 • 等效的PWM波 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。
6.2 PWM逆变电路及其控制方法 • 目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。 • 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。 • 本节内容构成了本章的主体。 • PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。 • 本节内容： 1. 计算法和调制法 2. 异步调制和同步调制 3. 规则采样法 4. PWM逆变电路的谐波分析 5. 提高直流电压利用和减少开关次数 6. PWM逆变电路的多重化
1. 计算法和调制法 计算法 • 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。 • 本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。 调制法 在调制信号ur 和载波信号uc的交点时刻控制器件的通断，在负载上调制出期望的信号。
u u u c r O w t u o u o U u d of O w t 表示uo的基波分量 U - d 1）单极性PWM控制方式（单相桥逆变） 在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻 控制IGBT的通断。 • ur正半周，V1保持通，V2保持断。 • 当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud 。 • 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0 。 • ur负半周， V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。 单极性PWM控制方式波形
V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。 • 以uo正半周为例， • V1通，V2断， • V3和V4交替通断。 • 负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。 • 负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud 。 • V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0 单相桥式PWM逆变电路 u0f U d i0 O w t -U d 输出电压和电流波形
负载电流为负的区间， V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud 。 • V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。 • uo总可得到Ud和零两种电平。 单相桥式PWM逆变电路 u0f U d i0 O w t -U d 输出电压和电流波形
u u u r c O w t u u u of o o U d O w t U - d 2)双极性PWM控制方式（单相桥逆变） 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。 在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两种电平。 同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制器件的通断。 ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。 • 当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。 • 如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通，uo=Ud 。 • 当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。 • 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud 。 双极性PWM控制方式波形
u u u r c O w t u u u c r u u u of o o U d O O w w t t U - d u o u 双极性PWM控制方式波形 单极性PWM控制方式波形 o U u d of O w t U - d 对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，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的差别。
3）双极性PWM控制方式（三相桥逆变） 三相桥式PWM型逆变电路
u u u u rU rV c rW u O ? t u UN' U d 2 O ? t U d ? 2 u VN' U d 2 O ? t U d ? 2 u WN' U d 2 O ? t u UV U d O ? t U - d u 2 U UN U d d 3 3 O ? t 三相桥式PWM逆变电路波形 三相桥式PWM型逆变电路 下面以U相为例分析控制规律：
