摘要：本文首先簡(jiǎn)單說明了脈沖寬度調(diào)制（PWM）的基本原理，然后介紹PWM運(yùn)用于逆變的控制電路及其調(diào)制方法，由于PWM整流技術(shù)是一項(xiàng)新型熱門技術(shù)，本文將重點(diǎn)介紹，包括PWM整流的原理、工作電路和控制方法。

關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制；整流；逆變

引言

   脈寬調(diào)制（PWM）是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼?？梢哉f直到目前為止，PWM在各種應(yīng)用場(chǎng)合仍在主導(dǎo)地位，并一直是人們研究的熱點(diǎn)。

1PWM控制的基本原理

   理論基礎(chǔ)：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。

    上述原理可以稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。下面分析如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波。把圖1的正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。像這種脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM（SinusoidalPWM）波形。要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。

圖1用PWM波代替正弦半波

PWM逆變與整流

2.1PWM逆變電路及其控制

    PWM控制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最廣，應(yīng)用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。

    根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。

    輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱。與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合PWM的要求。調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波，調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波。我們這里只研究正弦波。

   下面結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路（如圖2）進(jìn)行說明，V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)。

圖2IGBT單相橋式電壓型逆變電路

控制規(guī)律：

   單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)斷地工作，另一個(gè)完全截止；而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反，流經(jīng)負(fù)載Z-L的便是正、負(fù)交替的交變電流。

    雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過負(fù)載ZL的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。

   三相PWM逆變電路也可以采取單極性和雙極性兩種調(diào)制方式，控制方法與單相基本相同，這里不再重復(fù)。

PWM整流電路及其控制

    目前在各個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的整流電路幾乎都是晶閘管相控整流電路或二極管整流電路。晶閘管相控整流電路的輸入電流滯后于電壓，其滯后角隨著觸發(fā)角的增大而增大，位移因數(shù)也隨之降低。同時(shí)，輸入電流中諧波分量也相當(dāng)大，因此功率因數(shù)很低。二極管整流電路雖然位移因數(shù)接近1，但輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低。隨著以IGBT為代表的全控型器件的不斷的進(jìn)步，在逆變電路中采用的PWM控制技術(shù)已相當(dāng)成熟。把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就形成PWM整流電路。

    如上所述，PWM整流的性能必須滿足以下三條要求：

    （1）輸入電流的波形必須為正弦波。

    （2）保證網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1。

圖4單相全橋PWM整流電路

圖5三相PWM整流電路的主電路結(jié)構(gòu)

也應(yīng)用較少。

 電流誤差信號(hào)經(jīng)滯環(huán)對(duì)各開關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使實(shí)際的交流輸入電流跟蹤指令值，同時(shí)達(dá)到控制輸出電壓的目的。直接電流控制引入交流輸入電流反饋實(shí)行閉環(huán)控制，其電流指令運(yùn)算電路比不引入交流輸入電流反饋的間接電流控制簡(jiǎn)單，電流響應(yīng)速度快，控制運(yùn)算中未使用電路參數(shù)，系統(tǒng)魯棒性好，因而獲得叫多的應(yīng)用。

    隨著PWM整流技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在出現(xiàn)了一種新型電路——雙PWM電路。該電路整流和逆變部分均采用PWM控制，整流電路和逆變電路的構(gòu)成可以完全相同，交流電源通過交流電抗器和整流電路聯(lián)接。通過對(duì)整流電路進(jìn)行PWM控制，可以使輸入電流為正弦波并且與電源電壓同相位，因而輸入功率因數(shù)為1，并且中間直流電路的電壓可調(diào)。當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以工作在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，也可以工作在再生制動(dòng)狀態(tài)。此外，改變輸出交流電壓的相序即可使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。因此，電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，也能實(shí)現(xiàn)能量的及時(shí)回饋。

3總結(jié)

    PWM控制技術(shù)是在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠(yuǎn)影響的一項(xiàng)技術(shù)。以IGBT、MOSFET等為代表的全控型器件的不斷完善給PWM控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)，推動(dòng)了這項(xiàng)技術(shù)的迅猛發(fā)展。

    PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最具代表性?？梢哉f，正是PWM控制技術(shù)在逆變電路中的廣泛而成功的應(yīng)用，才奠定了PWM控制技術(shù)在電力電子技術(shù)中的突出地位。

    PWM控制技術(shù)用于整流電路即構(gòu)成PWM整流電路。這種技術(shù)可以看成逆變電路中的PWM技術(shù)向整流電路的延伸。PWM整流電路已經(jīng)獲得了一些應(yīng)用，并有良好的應(yīng)用前景，是今后研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]張祟巍，張興.PWM整流器及其控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[4]石玉，栗書.電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[5]李先允.電力電子技術(shù)習(xí)題集.北京：中國(guó)電力出版社，2007.