脈寬調(diào)制(PWM)型逆變電路圖 工作原理

    圖3-17所示是一個(gè)正弦半波波形，將其劃分成N等分。將每一等分中的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的等高矩形波來(lái)代替。顯然，各個(gè)矩形波寬度不同，但它們的寬度大小按正弦規(guī)律曲線變化。正弦波的負(fù)半周也可以用相同的方法，以一組等高不等寬的矩形負(fù)脈沖來(lái)代替。對(duì)上述等效調(diào)寬脈沖，在選定了等分?jǐn)?shù)N后，可以借助計(jì)算機(jī)嚴(yán)格地算出各段矩形脈沖寬度，以作為控制逆變器開(kāi)關(guān)器件通斷的依據(jù)。這種由控制電路按一定的規(guī)律控制開(kāi)關(guān)的通斷，從而得到一組等效正弦波的等幅不等寬的矩形脈沖的方法稱(chēng)為
正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)。
   通常采用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾扰c高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱(chēng)，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)，如果在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。
  圖3-18所示是采用功率晶體管作為開(kāi)關(guān)器件的電壓型單相橋式逆變電路，設(shè)負(fù)載為電感性，L足夠大，能保證負(fù)載電流io連續(xù)。
  對(duì)各晶體管的控制應(yīng)按下面規(guī)律進(jìn)行：在信號(hào)ur正半周期間，讓晶體管VT1保持導(dǎo)通，而讓晶體管VT4交替通斷。當(dāng)VT1和VT4導(dǎo)通時(shí)，加在負(fù)載上的電壓uo=Ud。當(dāng)VT1導(dǎo)通而VT4關(guān)斷時(shí)，由于感性負(fù)載中的電流不能突變，負(fù)載電流io將通過(guò)二極管VD2、VD3續(xù)流，則負(fù)載上所加電壓uo=0。如果負(fù)載電流較大，那么直到使VT4再一次導(dǎo)通之前，VD3一直保持導(dǎo)通。

  如果負(fù)載電流較快地衰減到零，在VT4再一次導(dǎo)通之前，負(fù)載電壓也一直為零。這樣，負(fù)載上的輸出電壓uo就可得到零和Ud交替的兩種電平。同樣，在負(fù)半周期間，讓晶體管VT2保持導(dǎo)通，當(dāng)VT3導(dǎo)通時(shí)uo--Ud，當(dāng)VT3關(guān)斷時(shí)，VD1、VD4續(xù)流,uo=0，負(fù)載電壓uo
可得到-Ud和零交替的兩種電平。這樣，在1個(gè)周期內(nèi)，逆變器輸出的PWM波形就由±Ud
和0三種電平組成。
  控制VT4或VT3通斷的方法如圖3-19所示。載波uc在信號(hào)波ur的正半周為正極性的三角波，在負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。調(diào)制信號(hào)ur為正弦波。在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制晶體管VT4或VT3的通斷。在ur的正半周，VT1保持導(dǎo)通，當(dāng)ur>uc時(shí)使VT4導(dǎo)通，負(fù)載電uo=Ud；當(dāng)uc<uo時(shí)使VT4關(guān)斷，uo-=0；在ur的負(fù)半周，VT1關(guān)斷，VT2保持導(dǎo)通，當(dāng)ur<uc
時(shí)使VT3導(dǎo)通，uo=-Ud；當(dāng)ur>uc時(shí)使VT3關(guān)斷，uo=0。這樣，就得到了SPWM波形uo，圖中的虛線uof表示uo中的基波分量。像這種在ur的半個(gè)周期內(nèi)三角載波只在一個(gè)方向變
化，所得到的PWM波形也只在一個(gè)方向變的控制方式稱(chēng)為單極性PWM控制方式。
  在PWM型逆變電路中，使用較多的是如圖3-20所示的三相橋式逆變電路。u、v和w三相的PWM控制通常公用1個(gè)三角載波uc，三相調(diào)制信號(hào)uru、urv和urw的相位依次相差120°。u、v和w各相功率開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以u(píng)相為例來(lái)說(shuō)明。當(dāng)Uru>uc時(shí)，給上橋臂晶體管VT1以觸發(fā)導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂晶體管VT4以關(guān)斷信號(hào)，則u相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N'的輸出電壓UuN’=Ud/2。當(dāng)uru<uc時(shí)，給VT4以導(dǎo)通信號(hào)，給VT1以關(guān)斷信號(hào)，則UuN’=-Ud/2。VT1和VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給VT1(VT4)加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是VT1(VT4)導(dǎo)通，也可能是二極管VD1(VD4)續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中原來(lái)電流的方向和大小來(lái)決定，和單相橋式逆變電路單極性PWM控制時(shí)的情況相同。v和w相的控制方式與u相相同。


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