PWM變流技術(shù)應(yīng)用電氣工程專業(yè)

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1、 摘 要 科學(xué)技術(shù)在不斷推進與完善，尤其是在電子電路方面得到了長足性發(fā)展，人們不斷地進行著各種創(chuàng)新發(fā)明。與此同時，PWM控制技術(shù)開始逐漸嶄露頭角并占據(jù)重要地位。在當(dāng)今生活中，萬物都聯(lián)系在一起，PWM技術(shù)與變流技術(shù)也一樣。兩者結(jié)合再加上人們不斷地研究探索，目前PWM技術(shù)已經(jīng)在社會生產(chǎn)中起到了至關(guān)重要的作用。本文將對PWM在變流技術(shù)中的應(yīng)用做出淺析并提出本人的薄見。 本文首先將對PWM在變流技術(shù)中的主要應(yīng)用進行闡述解釋，以便對電力電子技術(shù)實現(xiàn)更好的掌握。 其次將介紹幾種主流的PWM的控制方法，并對各種方法的基本原理進行解釋與分析，以達(dá)到使讀者更好的了解PWM的目的。 最后本文

2、將舉出三種實際中常見的PWM在變流技術(shù)中的應(yīng)用的實例，目的是更好的對PWM的工作方式和不同的PWM應(yīng)用方式進行分析和了解掌握。 關(guān)鍵詞：PWM；變流技術(shù)；諧振軟開關(guān)；PWM調(diào)速  Abstract Science and technology are constantly evolving and improving, particularly in the area of electronic circuits, and people are constantly implementing a variety of innovative inventions. At t

3、he same time, the PWM control technology has begun to emerge and occupy an important place. In modern life, everything is connected and the PWM technology is identical to the transformation technology. Combining these two factors and the ongoing research and study of people, modern PWM technologies

4、play a vital role in social production. In this article, we will analyze the use of PWM in converter technology and express my delicate opinion. This article first explains the basic use of PWM technology in conversion technology to better understand power electronics technology. Secondly, several

5、 basic PWM control methods will be presented, and the basic principles of the different methods will be explained and analyzed to achieve a better understanding of PWM. Finally, this article presents three practical examples of the use of PWM technology in conversion technology, in order to better

6、analyze and understand the operating mode of PWM technology and various methods of application of PWM technology. Key words: PWM; Converter technology; Resonant soft switch; PWM speed regulation  目 錄 前 言 1 1.緒論 2 1.1PWM的介紹 2 1.1.1PWM的定義及功能 2 1.1.2PWM的基本原理 2 1.2PWM目前的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢 3 1.

7、2.1PWM的應(yīng)用領(lǐng)域 3 1.2.2PWM的發(fā)展趨勢及優(yōu)缺點 4 1.3變流技術(shù)的介紹 5 1.3.1變流技術(shù)的定義 5 1.3.2變流技術(shù)的分類 5 1.3.3變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 6 2.PWM的控制方法 7 2.1PWM的幾種控制方法及其應(yīng)用的領(lǐng)域 7 2.1.1等脈寬PWM法 7 2.1.2. 梯形波與三角波法 7 2.1.3. 馬鞍形與三角波比較法 8 2.1.4. 單元脈寬調(diào)制法 9 2.1.5. 預(yù)測電流控制法 9 2.1.6. 空間電壓矢量控制PWM 10 2.1.7. 規(guī)則采樣法 10 2.1.8. 諧振軟開關(guān)PWM 11 2.1.9.

8、 變流技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的問題 11 2.2本章小結(jié) 12 3.PWM在變流中的應(yīng)用實例 13 3.1諧振軟開關(guān)PWM功率變換器 13 3.2雙PWM變換器勵磁的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 15 3.3PWM調(diào)速在轉(zhuǎn)速裝置上的應(yīng)用 16 3.4本章小結(jié) 17 4.結(jié)論 18 致謝 19 參考文獻(xiàn) 20 25 前 言 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異和電子電路的飛速發(fā)展，PWM控制技術(shù)開始出現(xiàn)，并占據(jù)著重中之重的地位?？刂圃谝欢ǔ潭壬峡梢岳斫鉃獒槍τ诿}沖寬度執(zhí)行切實有效的調(diào)制。也就是憑借脈沖寬度進行調(diào)節(jié)，進而有效得到所需波形。在逆變電路當(dāng)中控制技術(shù)的應(yīng)用相對較為廣泛，其承載著重中

9、之重的地位。當(dāng)前形勢下一般都采用型逆變電路進行切實有效的應(yīng)用。控制技術(shù)的發(fā)展與進步在一定程度上始終脫離不開逆變電路的廣泛應(yīng)用，能有當(dāng)今這么出色的成果與相應(yīng)的逆變電路密不可分。最近幾年當(dāng)中，在整流電路方面技術(shù)也開始逐漸被應(yīng)用起來，并慢慢的顯示出了其優(yōu)勢?？梢哉f，PWM在變流技術(shù)中的應(yīng)用是關(guān)鍵、重要且不可替代的。本文將對PWM在變流技術(shù)中的主要應(yīng)用進行闡述解釋，以此對電力電子技術(shù)實現(xiàn)更好的掌握。 1.緒論 1.1PWM的介紹 1.1.1 PWM的相關(guān)定義與功能 （脈寬調(diào)制）在一定程度上可以基于微處理器處理成數(shù)字量輸出進而實現(xiàn)切實有效的控制。在此過程當(dāng)中還需有效利用分辨率相對較高的計

10、數(shù)器，相應(yīng)的模擬信號電平編碼可以憑借調(diào)整方波占空比來實現(xiàn)[1]。（所謂的占空比可以歸結(jié)為在單位脈沖周期內(nèi)通電時長與總體運轉(zhuǎn)時長的比值。）所輸出的信號本質(zhì)是數(shù)字形式的，在任意時刻完成相應(yīng)的規(guī)定以后，滿幅值形式的直流供電在一定程度上可以歸結(jié)為全有或者全無兩種形式。無論是相應(yīng)的電流還是電壓源都可以歸結(jié)為憑借通或者斷的形式進行加載。所謂的接通其實質(zhì)就是對其進行供電，反之就是所謂的斷電形式。只要相應(yīng)的帶寬能夠滿足，在一定程度上所有形式的模擬信號都可以憑借完成相應(yīng)的編碼[1]。（所謂的帶寬可以理解為模擬信號所具有的頻寬，也就是一定時期內(nèi)，系統(tǒng)可以傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量。）所以，控制在一定程度可以理解為對脈沖相應(yīng)的

11、寬度執(zhí)行切實有效的調(diào)制。進而有效得到所需波形。并對其進行加工利用和系統(tǒng)的計算模擬。 1.1.2PWM的基本原理 基于采樣控制理論進行切實有效的總結(jié)可以得知：相應(yīng)的沖量保持一致但在形狀方面有所差異，在這種條件下，進行窄脈沖到相應(yīng)的慣性環(huán)節(jié)加載過程當(dāng)中，最終所實現(xiàn)的功效幾乎一致[3]。所謂的功效一致，在一定程度上可以理解為相應(yīng)的波形大體一致[3]。如上圖所示呈現(xiàn)出幾種存在差異的窄脈沖，矩形脈沖形式，三角脈沖形式，正弦半波脈沖形式，相似之處在于相應(yīng)的面積保持一致且均為，故在等效的慣性環(huán)節(jié)加載過程當(dāng)中，所得到的輸出響應(yīng)曲線幾乎保持一致。一旦相應(yīng)的窄脈沖呈現(xiàn)出的形式，也就是所謂的單位脈沖

12、，所得到的相應(yīng)響應(yīng)可以歸結(jié)為脈沖過渡函數(shù)。 其本質(zhì)就是面積等效原理，可以將其稱為的關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，要想有效運用首先就需對其進行切實有效認(rèn)知。 1.2PWM目前的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢 1.2.1PWM的應(yīng)用領(lǐng)域 在一定程度上可以基于微處理器進行處理呈現(xiàn)數(shù)字量輸出，進而實現(xiàn)切實有效的控制，尤其是在功率控制與交換方面，譬如在通訊、測量等領(lǐng)域當(dāng)中實現(xiàn)了相對較為廣闊的應(yīng)用[4]。 （1） 模擬電路： 相應(yīng)的模擬信號值在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷地改變，需要注意的是針對于時間以及幅度不存在任何局限性，與此同時，在曲線方面也呈現(xiàn)出相對較為平滑的趨勢，故實際應(yīng)用當(dāng)中通常憑借模擬信號進行相應(yīng)的電流或者電壓

13、的把控。模擬形式的電壓以及電流在一定程度上可以直接進行控制，在此過程當(dāng)中僅需對相應(yīng)的電阻大小進行有效變更就可以對電壓和電流進行調(diào)節(jié)。但是，通常普遍認(rèn)為模擬控制相對較為直觀簡便，在成本方面有時呈現(xiàn)出相對昂貴的現(xiàn)象。模擬電路在實際運用當(dāng)中存在一定的時間漂移，在相應(yīng)的調(diào)節(jié)方面更是難上加難。除此之外，受限于類似于噪聲形式的擾動，尤其是對電流干擾最為嚴(yán)重。但是采取的方式對其進行把控在一定程度上能夠?qū)⑵涑杀九c能耗切實有效降低[5]。在此過程當(dāng)中還需有效利用分辨率相對較高的計數(shù)器，相應(yīng)的模擬信號電平編碼可以憑借有效的調(diào)整方波占空比來實現(xiàn)，只要相應(yīng)的帶寬能夠滿足，在一定程度上所有形式的模擬信號都可以憑借完成相

14、應(yīng)的編碼[5]。 （2） 硬件控制器： 目前市面存在的大多數(shù)硬件控制器都涵蓋一定的功能。譬如，旗下的內(nèi)嵌兩個的控制器，均能夠?qū)ο鄳?yīng)的接通時間以及周期進行有效選取[6]。所謂的占空比可以歸結(jié)為接通時間與周期的比值；相應(yīng)的調(diào)制頻率與周期呈現(xiàn)出倒數(shù)關(guān)系。 （3） 通信與控制： 最大的優(yōu)勢在于全局的控制形式均是基于數(shù)字量展開的，可有效避免模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程[7]。在此過程當(dāng)中，可有效將相應(yīng)的噪聲最大限度的壓低[7]。在一定程度上來講其也是在相應(yīng)的通訊領(lǐng)域得到相對較為廣泛應(yīng)用的根本原因之一。憑借進行脈寬調(diào)制的方式，可以將相應(yīng)的通訊距離切實有效提升。 當(dāng)前競爭激烈的環(huán)境下在各方面的應(yīng)用都相對較為廣泛

15、，尤其是在制動器方面，其具體的運作形式可以歸結(jié)為通過強大的制動力去卡住某個運轉(zhuǎn)的部件，并讓整個系統(tǒng)進行相應(yīng)的減速甚至使其完成停車的操作。通常情況下，多采取模擬量的形式加以把控制動夾緊力的數(shù)量級。其本質(zhì)在于進行相應(yīng)的電流以及電壓的把控，一般來講隨著這些參數(shù)加載的增大，制動器所施加的壓力就越大，電機的轉(zhuǎn)速就會減速的更快甚至停止運轉(zhuǎn)。想實現(xiàn)這種控制，可以在制動器的一個開關(guān)上安裝PWM控制器針對于相應(yīng)的壓力開關(guān)完成有效控制。僅需憑借簡單的軟件編程在即可實現(xiàn)相應(yīng)占空比的提升，即可將輸出的壓力有效提升。倘若按照某種需求進行夾緊力的控制，這便需要引入精度相對較高的測量儀器完成有效測定，并將相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進行

16、有效建立，再進行輸出的合理配備，從而實現(xiàn)基于預(yù)期目標(biāo)的精準(zhǔn)控制。 綜上所述，在一定程度上能夠呈現(xiàn)出相對較為經(jīng)濟、節(jié)省空間、抗噪能力相對較強的特性，未來的應(yīng)用前景不可限量。 1.2.2PWM的發(fā)展趨勢及優(yōu)缺點 （1）PWM的發(fā)展趨勢： 目前已經(jīng)應(yīng)用在實際工作中的PWM的控制方案已經(jīng)達(dá)到了數(shù)十種，其衍生的其他控制方法也有很多。尤其是微處理器應(yīng)用于PWM數(shù)字技術(shù)后，控制方案的種類不斷進步，不斷的提出新的、優(yōu)秀的方案，的發(fā)展需要進行不斷地探索與創(chuàng)新，在某些方面的應(yīng)用還有待進一步完善，截止到當(dāng)前為止，依然存在大量的相對較為新穎的方案持續(xù)不斷產(chǎn)出，可以看出其依然是當(dāng)今相對較為火熱的研究方向。其中不

17、少方法已經(jīng)趨于成熟，而且有許多在實際中得到了初步的應(yīng)用。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)各個學(xué)科之間的界限很模糊，不像原來劃分的那么清晰，這樣就衍生出了很多結(jié)合了多種學(xué)科、多種方案的技術(shù)。在PWM控制技術(shù)方面，基于現(xiàn)代控制理論相關(guān)構(gòu)想為理論基礎(chǔ)，并有效結(jié)合無諧振的軟開關(guān)技術(shù)，在一定程度上可以將技術(shù)發(fā)揮到淋漓盡致。 （2）的優(yōu)劣之處 的優(yōu)勢可以歸結(jié)為：操控相對較為便捷、相應(yīng)較為靈活、動態(tài)性能穩(wěn)定可靠，這些都很適應(yīng)當(dāng)代電力電子技術(shù)發(fā)展的各項需求，恰好技術(shù)則完美的擁有這些優(yōu)點。另外，經(jīng)濟和節(jié)約空間也是其優(yōu)點之一。缺點則是：例如在電流控制基于環(huán)滯比較法當(dāng)中，相應(yīng)的開關(guān)頻率呈現(xiàn)出不夠恒定的現(xiàn)象進而導(dǎo)致高頻噪音的產(chǎn)出

18、，與其他方式進行對比，倘若保持開關(guān)頻率相對一致，其呈現(xiàn)出的電流輸出夾雜著大量的諧波；在憑借線電壓控制中的單元脈寬調(diào)制法②時，缺點為此種方法只能應(yīng)用于異步電動機，應(yīng)用的范圍較小。 PWM技術(shù)的優(yōu)點對于現(xiàn)代電力電子技術(shù)來說是非常關(guān)鍵且重要的。換句話說，PWM技術(shù)正是一種由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運而生的技術(shù)。但是，它也有很多明顯的缺點。到底如何更好的應(yīng)用PWM的優(yōu)點并且改善消除它的缺點，也是應(yīng)該注意的方面之一。 【①環(huán)滯比較法：PWM中裝有一個環(huán)滯比較器，當(dāng)每次電流反饋回來的時候，通過相應(yīng)的比較器完成電流設(shè)定與反饋數(shù)值進行切實有效的對比，從而能夠求解出相應(yīng)開關(guān)器件的運作形式，這樣就能實現(xiàn)實時

19、的讓實際電流跟蹤給定電流。 ②單元脈寬調(diào)制法：通過課本學(xué)習(xí)我們可以得知，三相對稱線電壓的關(guān)系為三個線電壓之和為0。由此可得，任和一個線電壓等于其他兩個線電壓負(fù)值之和。如果將一個周期分為六等分，將半個周期中兩邊的區(qū)間由一個線電壓表示，中間的用兩外兩個線電壓負(fù)值之和表示，再將其他兩個線電壓同第一個線電壓做同樣的處理，僅僅能夠在半周下呈現(xiàn)出雙邊的波形。倘若以此定為相應(yīng)的參考完成相應(yīng)的三角波再現(xiàn)，在一定程度上能夠呈現(xiàn)出線電壓的波形。既然已經(jīng)完全已知脈沖運作形式，即可進一步確定其相應(yīng)的驅(qū)動脈沖。 1.3變流技術(shù)的介紹 1.3.1變流技術(shù)的定義 所謂的變流技術(shù)以及相應(yīng)的電能轉(zhuǎn)換可以理解成是電機工程

20、以及相關(guān)電力產(chǎn)業(yè)的別稱，其實質(zhì)在于進行電能變換，在此過程當(dāng)中可以使交直流之間的轉(zhuǎn)換，也就是針對于相應(yīng)的電壓與電流進行有效調(diào)節(jié)，或者進行混合形式的調(diào)節(jié)[7]。變流技術(shù)可以利用機電設(shè)備或是電力電子電路來進行電能的變換。例如，利用變壓器調(diào)整電壓等。 1.3.2變流技術(shù)的分類 變流技術(shù)的分類，是依照其輸入及輸出是交流電（AC）或直流電（DC）來區(qū)分： （1） 直-直變換： 直-直變換（DC-DC）又稱為斬波，是將相應(yīng)直流電在一定程度上轉(zhuǎn)化為電壓相對固定或者可調(diào)形式的直流電[9]。其具體運作形式可以歸結(jié)為將相應(yīng)的目標(biāo)直線電源完成離散脈沖的轉(zhuǎn)化[8]。隨之而生的是叫做斬波器的裝置，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)一

21、定的調(diào)壓功效，與此同時還能完成噪音以及相應(yīng)諧波現(xiàn)象切實有效的抑制[9]。其在自動化設(shè)備里得到了相對較為廣闊的應(yīng)用，電子電壓表和生物電子儀器中也有應(yīng)用。 （2） 交-交變換： 交-交變換（AC-AC）又稱為變頻，基于負(fù)載進行相應(yīng)的調(diào)整，在一定程度上實現(xiàn)損耗與功耗的有效下降，進而實現(xiàn)壽命周期的提升。在此過程當(dāng)中相應(yīng)的變頻器承載著重中之重的功效，憑借改變供電頻率的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)速有效調(diào)節(jié)[8]。 交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為： n=60f（1-s）p 其中：n—電機的轉(zhuǎn)速（r/min）；；；。 基于上式可知，在磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率不變的情況下，僅需改變相應(yīng)的供電頻率大小，電機的轉(zhuǎn)速會隨著頻率的變化

22、而變化。 （3） 交-直變換：： 交-直變換（AC-DC）又稱之為整流，其有效憑借二極管單向?qū)щ娦栽谝欢ǔ潭壬夏軌驅(qū)⒄?fù)變換的交流電壓逐步轉(zhuǎn)化成為單向脈動電壓。在進行交流電源通電條件下，可以實現(xiàn)周期性的導(dǎo)通以及相應(yīng)的關(guān)斷，呈現(xiàn)出脈動直流的形式[10]。在正半周當(dāng)中，相應(yīng)的二極管實現(xiàn)導(dǎo)通，導(dǎo)致負(fù)載上的電流以及電壓的波形幾乎保持一致；在負(fù)半周當(dāng)中，呈現(xiàn)出反向截止的狀態(tài)，幾乎檢測不到電壓的存在。 （4） 直-交變換： 直-交變換（DC-AC）又稱為逆變，它與整流相反，將直流電變?yōu)榻涣麟?。逆變電路可用于?gòu)成各種交流電路，在工業(yè)中的應(yīng)用廣泛。 所謂的逆變電路憑借直流側(cè)儲能元件的差異，可以將其歸

23、結(jié)為電壓以及電流類型的逆變電路[8]。其中電流類型的負(fù)責(zé)并聯(lián)負(fù)載供電，可以稱之為并聯(lián)諧振逆變器。電壓類型的負(fù)責(zé)串聯(lián)負(fù)載供電，也就是所謂的串聯(lián)諧振逆變器[8]。 1.3.3變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 其可以追溯帶上世紀(jì)七十年代左右，便針對于電力電子逐步展開應(yīng)用[11]。在其應(yīng)用的初期就博得了各界人士的廣泛關(guān)注。隨著科技不斷進步以及時間的推移，逐步在整流、調(diào)壓、斬波、逆變等方面得到了切實有效的運用，并呈現(xiàn)出相對較為良好的態(tài)勢[11]。 （1） 在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用： 在實際當(dāng)中，發(fā)電的形式呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，不僅存在火力以及水力的形式，還存在一定量的新能源形式，譬如風(fēng)能、核能、太陽能等[1

24、1]。自然界中的一些不可再生資源數(shù)量有限，傳統(tǒng)的形式在一定程度上已經(jīng)滿足不了當(dāng)前的發(fā)展需求，著重考慮一系列新能源形式加以替代[11]。但是需要注意的是雖然能夠帶來一定的優(yōu)勢，也會伴隨著一定的不穩(wěn)定性[11]。在此過程中變流技術(shù)便能有效處理好這一系列的問題。與此同時，其還能夠針對于相關(guān)設(shè)備進行不斷優(yōu)化，進而滿足優(yōu)質(zhì)有效的運轉(zhuǎn)[11]。 （2） 在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用： 在進行輸電的過程當(dāng)中通常會伴隨一系列的不穩(wěn)定因素的產(chǎn)出，引入變流技術(shù)以后可有效改善電壓失穩(wěn)的現(xiàn)象，完成相應(yīng)的電流轉(zhuǎn)化，確保其切實有效運行[11]。無論是在交流方面還是直流方面都承載著重中之重的地位。 （3） 在配電環(huán)節(jié)的功效：

25、在進行配電的過程當(dāng)中始終與電力電子技術(shù)脫離不開干系。相應(yīng)的變流技術(shù)不僅能夠在電源方面得到有效運用，在蓄電充電上也能發(fā)揮出其功效，既能滿足于配電當(dāng)中的電流轉(zhuǎn)化，還能對相應(yīng)的電力儲備進行相應(yīng)的協(xié)助，切實有效確保井然有序。人類生活當(dāng)中的索索事事也與其密不可分，在一定程度上能有有效改善耗電量，能夠確保環(huán)保的要求得以實現(xiàn)。 2.PWM的控制方式 電力電子技術(shù)以及相關(guān)理論不斷完善，的發(fā)展實現(xiàn)了重大的突破。當(dāng)前形勢下，關(guān)于的控制方式層出不窮，本文挑選了幾種主要的PWM控制方式，根據(jù)其特點，對其進行分析。 2.1PWM的幾種控制方法及其應(yīng)用的領(lǐng)域 2.1.1等脈寬PWM法 當(dāng)初逆變器僅僅局限于頻

26、率的調(diào)整，等脈寬法將其實現(xiàn)進一步的延伸，解決了各種形式的難題，其具體操作也相對較為便捷[12]。在此過程當(dāng)中有效憑借脈沖寬度一致性原則進行歸類并定義成波形，有效改變脈沖的周期大小實現(xiàn)調(diào)頻的功效，相應(yīng)改變其寬度以及相應(yīng)的占空比實現(xiàn)電壓的調(diào)整，僅需采用相對合理的控制方式便能實現(xiàn)電壓以及相關(guān)頻率呈現(xiàn)協(xié)調(diào)有序變化[12]。 如圖所示，進一步完成正弦半波信號的等分，其中寬度保持一致，但是高度存在一定的差異，其相應(yīng)的寬度均為，由于脈沖的上端是相應(yīng)的曲線圍成的，呈現(xiàn)出近似正弦規(guī)律[12]。倘若憑借等面積理論進行劃分，并用相應(yīng)的等寬矩形進行有效替代的話，其相應(yīng)的寬度也大致為，這也就是所謂的等脈寬調(diào)制。圖

27、b是占空比等于1時所獲得的圖形[12]。同樣的，正弦負(fù)半周的圖形也可以用同樣的方法得到。 2.1.1. 梯形與三角波法 確保直流電壓利用率能夠得到有效提升，相關(guān)學(xué)者逐步開發(fā)出一種相對較為新穎的方式即梯形與三角波法。其具體實施可以理解成憑借梯形波進行相應(yīng)的調(diào)制，載波形式憑借的是三角波，在一定程度成二者幅值保持一致，進一步憑借其交點時刻實現(xiàn)相應(yīng)的通斷控制[12]。 當(dāng)梯形波以及相應(yīng)的三角波幅值保持一致，相應(yīng)的基波分量幅值在一定程度上要高于三角波，進一步確保直流電壓利用率有效提升。需要注意的是梯形波自身存在低次諧波，這就導(dǎo)致輸出波形中存在一定的次以及等形式的次低次諧波[13]。 所謂

28、的梯形波可以理解為通過等腰三角波進行相應(yīng)的頂部切除實現(xiàn)的，進而造成梯形波的形式呈現(xiàn)出多樣化的趨勢。本文僅僅針對于去除頂部形式展開研究。需要注意的是所有的交點均以直線相連，通過點進行分析，當(dāng)?shù)谝恍甭食尸F(xiàn)出正號時所得結(jié)果如下[13]： 三角波方程：y1=-1a(2gπ)(x-nπg(shù)) [13]（式中，代表沒有三角波的序號；當(dāng)?shù)谝恍甭食尸F(xiàn)出正號的形式，；反之）. 所謂的梯形波可以歸結(jié)為三段直線組成，本文所分析的研究對象為去除3/5三角波頂部所生成的，相應(yīng)的正半周兩個頂點坐標(biāo)數(shù)值相對于數(shù)值始終保持為π5和4π5，通過聯(lián)立求解，則相應(yīng)的交點為[13]： x=x1t(ti-ki)

29、 ( x<π5) x=(m+x1)ti (π54π5) 式中：ti=-1n2gπ；ki=5mπ；x0=nπg(shù)x0；x1=tix0 負(fù)半周和B、C點可以用相同的方法求出。在圖d中給出了g=6，情況下三相電壓調(diào)制波形示例。 2.1.2. 關(guān)于馬鞍形與三角波比較法 其具體原理在于將諧波引入到當(dāng)中，也就是引入所謂的三次諧波，所得的調(diào)制信號即為相應(yīng)的馬鞍形，相應(yīng)的幅值呈現(xiàn)出下降的趨勢，當(dāng)相應(yīng)的調(diào)制信號幅值在一定程度上低于正弦幅值時，即可實現(xiàn)基波高于三角波幅值，這就實現(xiàn)了直流電壓利用率的有效

30、提升[12]。在三相無中線系統(tǒng)當(dāng)中，相應(yīng)的三次諧波電流幾乎呈現(xiàn)出沒有任何通路的現(xiàn)象，故三個線電壓以及電流內(nèi)部不存在任何的三次諧波。除此之外，在一定程度上也可以引入正弦三倍左右的各種相干波形，均不對相應(yīng)的線電壓產(chǎn)生任何影響。這是由于完成逆變鎖形成的線電壓諧波呈現(xiàn)出相互抵消的趨勢。 2.1.3. 單元脈寬調(diào)制法[12] 眾所周知三相對稱形式的線電壓之間存在Uuv+Uvw+Uwu=0的關(guān)系。倘若針對于一個周期進行份有效劃分，每份基本是，針對于Uwu來講，半個周期兩邊區(qū)間利用Uwu符號表示，中間的部分則利用-(Uuv+Uvw)表示，針對于Uuv以及Uvw進行一致化處理，即可呈現(xiàn)出僅存在半周雙邊

31、區(qū)間的兩類波形，還需注意正負(fù)號。將其當(dāng)做脈寬調(diào)制的參考信號，載波形式還是三角波，還需進行直線化處理，這樣便可呈現(xiàn)出相應(yīng)的線電壓脈沖波形，在一定程度上全面對稱，在此過程中僅需考慮半周即可。 2.1.4. 預(yù)測電流控制法 所謂的預(yù)測電流控制需要在每個周期開始的時候，有效基于實際電流誤差大小、各項負(fù)載參數(shù)以及相應(yīng)的負(fù)載變量，進行相應(yīng)的誤差估計，這樣一來，在下個調(diào)節(jié)周期內(nèi)便能將相應(yīng)的估計誤差切實有效壓低[14]。 圖呈現(xiàn)出整流器電流預(yù)測相關(guān)原理示意圖，直流的一側(cè)進行預(yù)定電壓udc*與相應(yīng)的實際電壓udc進行有效比對，其所得的差值憑借控制器，相應(yīng)的輸出結(jié)果可進行電流幅值預(yù)測Im*，再完成角度實測值

32、sinθ，cosθ的乘法運算即可求解出Iα*、Iβ*，再將其與測量電流值Iα、Iβ進行求差計算，相應(yīng)的結(jié)果再經(jīng)由電感以及開關(guān)頻率，進而明確出相應(yīng)的比例系數(shù)，得出相應(yīng)的電壓信號給定?uα、?uβ，再與相應(yīng)的電壓前饋項uα、uβ進行加法運算，最終結(jié)果為uα*、uβ*，作為空間形式的電壓矢量調(diào)制算法預(yù)定大小，從而完成相應(yīng)開關(guān)管的通斷控制，最終實現(xiàn)所需的控制效果[14]。 2.1.5. 空間電壓矢量控制PWM[12] 所謂的空間電壓矢量控制也可以稱之為磁通正弦法?；谌棽ㄐ蜗鄳?yīng)理想圓形軌跡的逼近，有效憑借逆變器不同形式下產(chǎn)出的磁通去切實有效逼近基圓磁通，進而形成相應(yīng)的波形。在此過程中將電機以及相

33、應(yīng)的逆變器有機歸為一體，確保其能夠呈現(xiàn)出幅值相對一致的圓磁場。 2.1.6. 規(guī)則采樣法 所謂的規(guī)則采樣法在實際應(yīng)用過程當(dāng)中相對較為廣泛，通常利用三角波進行有效載波。其運作原理在于憑借三角波完成相應(yīng)的采樣從而產(chǎn)生梯形波。緊接著有效利用其交點時刻進行相應(yīng)通斷的有效控制，進而確保法有效實現(xiàn)。相應(yīng)的三角波僅在端點完成相應(yīng)的采樣，相應(yīng)的脈寬可通過其交點進一步把控，每個載波周期在一定程度上都呈現(xiàn)出位置對稱的趨勢，這也就是所謂的對稱規(guī)則采樣法。相反呈現(xiàn)出不完全對稱的形式，即為不對稱規(guī)則采樣法。 其實質(zhì)是針對于自然采樣的完善，具體的優(yōu)勢可以歸結(jié)為實用性相對較強，操作相對較為便捷，非對稱的形式正弦逼近效

34、果較為出色，但是在利用率方面以及線性范圍方面相對較為局限。 2.1.7. 諧振軟開關(guān) 通常情況下傳統(tǒng)形式的，相應(yīng)的開關(guān)大部分均為硬開關(guān)的形式，其工頻受限于相應(yīng)的電流以及電壓[15]?，F(xiàn)代化的趨勢都呈現(xiàn)出不同程度的高頻形式。諧振軟開關(guān)很好的解決了硬開關(guān)所不能解決的問題，其本身是基于常規(guī)形式的，只是引入了一定的諧振網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)具體操作的過程當(dāng)中，諧振網(wǎng)絡(luò)在一定程度上將其轉(zhuǎn)化成軟開關(guān)的操作形式，相應(yīng)的諧振周期非常短，幾乎不會對造成任何干擾。但是會伴隨一定的諧振損耗，這也是其一直應(yīng)用受限的根本原因[15]。 針對于相關(guān)文獻(xiàn)進行切實有效分析，針對于高頻軟開關(guān)形式還僅僅局限于仿真試驗階段，尤其是高

35、頻諧振方面至今為止還沒有推導(dǎo)出切實有效的模型[15]。針對于各方面參數(shù)的相互耦合影響還有待進一步探索與完善。 2.1.8. 變流技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的問題 變流技術(shù)可以追溯帶上世紀(jì)七十年代左右，便開始著手電力電子技術(shù)的應(yīng)用[11]。在其應(yīng)用的初期就博得了各界人士的廣泛關(guān)注。隨著科技不斷進步以及時間的推移，逐步在整流、調(diào)壓、斬波、逆變等方面得到了切實有效的運用，并呈現(xiàn)出相對較為良好的態(tài)勢[11]。當(dāng)然，當(dāng)變流技術(shù)被如此廣泛的應(yīng)用的時候，同時也發(fā)現(xiàn)了很多問題。例如，在低次諧波消去法中，會有很大的較低次諧波的幅值，并且計算復(fù)雜，所以只能用在同步調(diào)制方式中，如何將這種方法應(yīng)用到更多的調(diào)制方式中，是一個需

36、要解決的問題。再者，滯環(huán)比較法中，由于開關(guān)頻率的不固定，會造成嚴(yán)重的噪音，和其他方法相比，這種方法在同一開關(guān)頻率下輸出電流中所含的諧波較多。如何消去噪音，減少輸出電流中的諧波，是滯環(huán)比較法亟待解決的問題。 在幾百年的時間里，人們對電的認(rèn)知從初識到了解再到掌握，其中包含了無數(shù)前輩們的嘔心瀝血和精益求精的實踐，他們也許限于當(dāng)時的技術(shù)和條件只能發(fā)現(xiàn)變流技術(shù)中的問題并且提出假想的解決方案，而作為后輩的我們則擁有了實現(xiàn)假想方案的條件和技術(shù)。我們應(yīng)該繼承前輩們的精神和意志，為了更方便的生活和更美好的未來，將電子電力技術(shù)發(fā)展弘揚。 2.2本章小結(jié) 這一章中主要描述了8中目前主流的PWM在變流技術(shù)中

37、的應(yīng)用方法的基本原理和特點，并且簡單的闡述了自己對這8中方法的理解。本章最后介紹了一些變流技術(shù)中遇到的問題，目前這些問題還沒有被解決，不過我相信隨著科技的進步，這些問題很快就會被解決。 3.PWM在變流中的應(yīng)用實例 3.1諧振軟開關(guān)形式的PWM功率變換器 所謂的諧振式軟開關(guān)形式的功率變換器具體需求可以歸結(jié)為：開關(guān)的頻率相對較高，體積方面較為輕巧，所執(zhí)行的變換效率等方面均是將來需要不斷攻克的熱點方向[15]。功率變換器實現(xiàn)相應(yīng)的高頻化在一定程度上能夠?qū)⑵涑叽绫M可能的壓縮，相應(yīng)的功率密度以及相應(yīng)的變換效率能夠?qū)崿F(xiàn)明顯提升。與傳統(tǒng)形式的硬開關(guān)形式相比，倘若相應(yīng)的功率保持一致其速率能夠提升倍

38、左右，其還不需任何緩沖裝置，所謂的噪聲基本全無，變換功率高和可靠性等優(yōu)點[15]。 上圖呈現(xiàn)出諧振軟開關(guān)功率變換裝置的原理電路圖。其相應(yīng)的不足也相對較多，譬如：諧振電壓峰值相對較大，在一定程度上基本是直流供電的倍左右，進而導(dǎo)致逆變橋開關(guān)當(dāng)中的電壓過大；諧振很難呈現(xiàn)出回零形式等[15]。為了切實有效處理這一系列的問題，相繼開發(fā)出了多樣化的諧振型逆變器拓?fù)湎嗬^提出。但這種新的諧振類型逆變器一方面造成復(fù)雜度提升，還導(dǎo)致相應(yīng)的系統(tǒng)的效率逐步降低。年，等人基于有源自動箝位提出了相對較為新穎的諧振直流逆變器，對此類問題進行了切實有效的處理。如下圖所示，引入了一個開關(guān)元件以及相應(yīng)的儲能電容，將相應(yīng)

39、的電壓承受需求切實有效的壓低15]。 1990年，Jin He and MohanN等又提出并聯(lián)諧振DC環(huán)節(jié)逆變器，其電路拓?fù)淙缦拢? 這種逆變器克服了圖2中諧振峰值電壓過大的問題，但是還呈現(xiàn)出離散脈沖調(diào)制的相關(guān)不足之處，有效利用諧振峰值電壓能夠?qū)崿F(xiàn)直流輸入電壓vd的控制，在此過程當(dāng)中，可以利用進行有效調(diào)制[15]。但是需要注意的是圖中的逆變器相應(yīng)的峰值電流呈現(xiàn)出額定負(fù)載最大電流的倍，除此之外需要引入個開關(guān)元件[15]。相應(yīng)的控制電路相對較為繁瑣，不利于實現(xiàn)，相應(yīng)的諧振頻率在一定程度上相對較低，最終導(dǎo)致波形輸出效果不佳。 當(dāng)前形勢下，針對于諧振軟開關(guān)的形式所開發(fā)出的結(jié)構(gòu)多種多樣。但

40、探討相對較多的僅僅局限于圖以及圖2的形式。有望成為下一代主流新型功率變換器[15]。 3.2雙PWM變換器勵磁的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 人類歷史的發(fā)展進程和科技進步的進程可以說是能源的開發(fā)利用的進程，每一次新型的能源的發(fā)現(xiàn)和利用都能進一步的推動科技、經(jīng)濟和文明的進步。很長時間之中，煤炭、石油等化石能源作為人類世界的主要能源供應(yīng)，是人類文明進步最大的保障。然而，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境問題逐漸的成為了目前社會的主要問題之一。尋找可持續(xù)的能源也是當(dāng)下熱門的研究課題和科技主題。 風(fēng)力作為一種環(huán)保的可再生能源，近年來不斷受到人們的重視。由于其環(huán)保、具備一定的可再生特性，世界上眾多國

41、家都在重點著手考慮風(fēng)力發(fā)電。當(dāng)前形勢下風(fēng)力發(fā)電形式具體可以歸結(jié)為：葉片、發(fā)電機、故障監(jiān)測與顯示裝置、控制設(shè)備等構(gòu)成。其中變速定頻形式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)便是國內(nèi)外主流應(yīng)用的發(fā)電系統(tǒng)。采用這種發(fā)電方式的發(fā)電系統(tǒng)如圖4。 相應(yīng)的轉(zhuǎn)子的組成形式可以歸結(jié)為兩個電壓型的變換器。具體運作當(dāng)中，的狀態(tài)時刻變換，一般情況下不會基于整流和逆變的狀態(tài)進行兩個變換器的區(qū)分，然而是基于相應(yīng)的位置來對他們進行命名[16]。分辨叫做轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器。 勵磁電流由轉(zhuǎn)子側(cè)進入，用來控制定子磁場方向，借此來完成相應(yīng)的無功功率有效調(diào)整；網(wǎng)側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)的進行配合工作，進而致使能量完成相應(yīng)的雙向變換。同時，為了使發(fā)電機的無功

42、調(diào)節(jié)更靈活，網(wǎng)側(cè)變換器在一定程度上還要確保直流側(cè)的電壓保持相對恒定，除此之外還可以進行相應(yīng)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)切實有效的調(diào)節(jié)。 3.3PWM調(diào)速在轉(zhuǎn)速裝置上的應(yīng)用 轉(zhuǎn)速裝置主要用于各種轉(zhuǎn)速表和轉(zhuǎn)速檢測裝置的檢定和校準(zhǔn)，不同的對象對轉(zhuǎn)速量程，轉(zhuǎn)速精度，轉(zhuǎn)速力矩等有不同的要求和標(biāo)準(zhǔn)[17]。轉(zhuǎn)速裝置應(yīng)該在與電機的驅(qū)動模塊相匹配的情況下對步進電機進行調(diào)速。傳統(tǒng)的調(diào)速方法有很多，但隨著PWM技術(shù)的發(fā)展，人們看到了PWM調(diào)速的優(yōu)勢：靈活、響應(yīng)快、精度高、安裝簡單等等。正是由于這些優(yōu)點，PWM逐漸的被應(yīng)用到了調(diào)速裝置上并成為了主流方式。 轉(zhuǎn)速裝置主要由三部分組成，即：轉(zhuǎn)速源、變速箱和測控系統(tǒng)[17]。所謂的

43、轉(zhuǎn)速源通常采取步進電機；相應(yīng)的變速箱可以歸結(jié)為齒輪以及其他形式的變速裝置組成；所謂的測控系統(tǒng)其實質(zhì)就在于進行調(diào)速，控制電機的穩(wěn)定性和變速的準(zhǔn)確性?；驹頌椋翰捎貌竭M電機作為主電機，通過單片機和可編程電路構(gòu)成數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)來控制電機的運轉(zhuǎn)[17]。而PWM調(diào)速的原理是采用大功率晶體管作為電路的開關(guān)，通過晶體管的關(guān)斷與閉合以及晶體管的占空比來改變輸出電壓的大小。當(dāng)大功率晶體管的基級輸入高電平時，晶體管導(dǎo)通，一段時間后基級輸入低電平，晶體管關(guān)斷。再經(jīng)過一小段時間后，基級重新輸入高電平，晶體管重復(fù)上面的動作。 PWM調(diào)速方法在電壓源恒定不變的情況下，電機兩端的電壓取決于晶體管關(guān)斷與閉合的時間長短，也

44、就是占空比的大小。所以說，改變晶體管占空比的大小，就可以實現(xiàn)PWM調(diào)速這種調(diào)速方式。 PWM調(diào)速電路一般來講都是適用于雙極式和單級式的。典型的PWM調(diào)速電路的硬件電路圖如圖5。圖中的二極管為續(xù)流二極管，它的功能是在晶體管關(guān)斷的時間內(nèi)，讓電機仍然能夠正常的運轉(zhuǎn)和工作，解決了步進電機在晶體管關(guān)斷的時候，因為兩端的電平改變而帶來的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的問題。 3.4本章小結(jié) 在第三章中，主要對目前PWM的三種實際應(yīng)用做了簡單的結(jié)構(gòu)方面和基本原理的介紹。通過第三章的實例我們可以發(fā)現(xiàn)，PWM在實際中的應(yīng)用很廣泛，小到開關(guān)，大到電機，甚至到整個發(fā)電系統(tǒng)都有PWM的參與，并且，PWM的自身優(yōu)勢正是這些應(yīng)用

45、被發(fā)明出來的原因之一。通過第三章三個實例的簡單介紹，本人對于PWM有了更深入的了解，相信本文的讀者會和本人一樣，對PWM的認(rèn)識會更具體，更詳細(xì)。 4.結(jié)論 變流技術(shù)由于社會發(fā)展的需要和科技進步的帶動，已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用于我們生活中的各個領(lǐng)域，各個方面。隨著科學(xué)的發(fā)展，學(xué)科之間的界限已經(jīng)逐漸變得沒有那么清晰，這意味著，各個學(xué)科之間的交流變得頻繁且有效。例如在生物方面引用化學(xué)技術(shù)，物理方面引用生物技術(shù)等等，這些實例都說明了只有學(xué)科間的融合和有效的交流才能夠更好的方便人們的生活，才能更好的推動社會的進步。對變流技術(shù)而言，引用PWM是變流技術(shù)發(fā)展史上一個重要的里程碑。正是由于PWM的方便、快捷和

46、精準(zhǔn)，變流技術(shù)也隨之進步很多，例如從當(dāng)初的有級變速到現(xiàn)在的無級變速，正是由于應(yīng)用了PWM，這種技術(shù)才得以實現(xiàn)。反過來亦是如此，PWM也隨著變流技術(shù)的發(fā)展而突飛猛進，被開發(fā)出了許多PWM的控制方法。 本文以PWM在變流技術(shù)中的應(yīng)用為介紹對象，主要對PWM在變流技術(shù)中的控制方式和實際中的應(yīng)用進行了簡介和淺析，并加上了一些個人對這些技術(shù)的看法與對未來發(fā)展的展望。完成的工作主要如下： 本文首先對PWM、變流技術(shù)進行了解釋，包括定義和基本原理：介紹了PWM、變流技術(shù)的工作原理和未來的發(fā)展趨勢，并且對于現(xiàn)在兩種技術(shù)還存在的問題進行了分析，并對尚且存在的問題提出了個人的看法。同時，對兩種的技術(shù)的未來發(fā)展

47、提出了個人的觀點和期望。 （1） 針對PWM的控制方法，初期本人收集了很多PWM的控制方法，但是由于方法實在是太多而且很多方法在本人的大學(xué)期間和實習(xí)期間并沒有涉獵，也由于這些方法在生活工作中并不常見。本文主要篩選了8種常見的變流技術(shù)中PWM的控制方法，做出了簡單的分析和基本原理的解釋。并且通過這些工作，本人對于PWM的各種主流的控制方法也有了進一步的了解。 （2） 最后對PWM在實際中的應(yīng)用，本人搜尋了三個典型的例子，目的是為了更好的解釋PWM在變流技術(shù)中的應(yīng)用。盡管這些方法有的被廣泛應(yīng)用，有的還處于實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)收集階段，但我相信不論哪種方法，都是PWM在變流技術(shù)中應(yīng)用的充分體現(xiàn)。通過這

48、些實例，我對PWM有了更進一步的了解。 最后，這篇文章僅僅是對PWM在變流技術(shù)中的應(yīng)用的一小部分的解釋，由于時間問題，更多的方法不能在本文中體現(xiàn)。但是我將在以后的生活工作中，不斷的學(xué)習(xí)PWM的相關(guān)知識，增加自己的知識儲備，希望能夠為PWM和變流技術(shù)做出自己一點微薄的貢獻(xiàn)。 致謝 時光荏苒，大學(xué)的思念時光轉(zhuǎn)眼間就要結(jié)束，一切還仿佛停留在剛剛?cè)雽W(xué)的時刻。在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活中，我經(jīng)歷了很多東西，有真摯的友情，有老師的教誨，有失敗的辛酸，也有成功的喜悅。在這四年中，學(xué)會了很多專業(yè)的知識。各位老師以其淵博的知識，耐心的講解，無微不至的關(guān)懷，不僅讓我明白了很多學(xué)術(shù)上的問題，更重要的是我學(xué)習(xí)到了很多

49、做人做事的道理。老師們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)和良好的作風(fēng)習(xí)慣給我留下了很深的印象。在此，向各位老師尤其是張肖霞老師表示最深的祝福和最真誠的感謝。希望老師們能夠身體健康，工作順利。 感謝我的同學(xué)和室友們?yōu)槲姨峁┝艘粋€良好的學(xué)習(xí)和生活的氛圍。是他們的熱情和熱心，讓我體驗了完整的大學(xué)生活，也讓我擁有了一個美好的大學(xué)回憶。 最后，向我的父母表示由衷的感謝，是你們的養(yǎng)育和教導(dǎo)為我提供了支持和人生的道路，是你們給予了我精神和生活方面的鼓勵與支持。畢業(yè)之后，我將面臨的就是來自社會的壓力和生活的問題，但是只要我有父母的關(guān)懷和支持，我相信再大的難關(guān)我都能順利的渡過，再大的問題都能夠很好的解決 參考文獻(xiàn) [1]王兆安

50、，劉進軍.電力電子技術(shù)（第五版）.機械工業(yè)出版社，1993 [2]電子系統(tǒng)設(shè)計.脈沖寬度調(diào)制相關(guān)術(shù)語. [3]刑琦.單相離網(wǎng)微型光伏逆變器的控制.北京交通大學(xué)碩士論文. [4]董建林.基于PWM芯片的自激式變換器輸入過壓保護電路，2011. [5]丁大民.手術(shù)機器人機械臂運動控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).上海工程技術(shù)大學(xué)碩士論文，2014. [6]張子紅，周鴻雁.基于STC12C2052的對講機加密系統(tǒng)設(shè)計.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011 [7]徐薇.一種基于IGBT的雙管正激軟開關(guān)電源的研究與設(shè)計.吉林大學(xué)碩士論文，2010. [8] Ned Mohan, Tore M. Undel

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