逆变器如何实现pwm控制

什么叫逆变器中的PWM调制方法

       在逆变器中，为了高效且稳定地输出电压，人们发明了PWM（脉宽调制）调制方法来控制电压。

       1. PWM调制通过控制上下臂开关管的脉冲宽度来达到控制输出电压的目的，但其精度相对较低。

       2. 在高精度要求的环境下，除了调整上下臂的脉宽外，还对下臂的ON状态进行进一步的PWM调制，以实现精确控制输出电压。

       图示说明：

       - 第一个图展示了一般的PWM信号，其中上下臂的脉宽相同。

       - 第二个图展示了经过PWM调制后的信号，显示了更精确的控制。

pwm逆变原理PWM技术的基本原理

       随着电子技术的不断进步，众多的PWM技术应运而生，如相电压控制PWM、脉宽PWM、随机PWM、SPWM和线电压控制PWM等。本文主要聚焦于脉宽PWM技术在镍氢电池智能充电器中的应用。该方法的核心是利用脉冲宽度均等的脉冲列作为PWM波形，通过调整脉冲周期实现调频，而改变脉冲宽度或占空比则可以实现调压。通过精确的控制手段，可以确保电压和频率的协调变化，从而达到控制充电电流的目的。

       PWM脉宽调制技术的核心在于调整脉冲宽度以控制输出电压，同时通过调节脉冲周期来控制输出频率。这种技术的优势在于可以独立于中间直流环节进行调压和调频，从而加快了响应速度并改善了动态性能。由于输出为等幅脉冲，只需要恒定的直流电源，可以使用不可控整流器替代相控整流器，显著提升了电网侧的功率因数。此外，PWM逆变器的应用还能有效抑制或消除低次谐波，配合自关断器件，可以将开关频率提高，输出波形接近理想的正弦波，这在电力质量控制方面具有显著优势。

PWM的逆变原理是什么

       1. PWM（脉宽调制）技术通过调节脉冲宽度来控制输出电压，同时通过改变周期来调节输出频率。

       2. 在PWM逆变器中，调压与调频协同工作，且与中间直流环节无关，这提高了调节速度和动态性能。

       3. PWM逆变器使用不可控整流器，改善了电网侧的功率因数，并能够减少低次谐波。

       4. 结合自关断器件，PWM逆变器能够显著提高开关频率，使输出波形接近正弦波。

       5. PWM变频电路的特点包括：输出电压接近正弦波、功率因数接近1、电路结构简单，以及动态响应速度快。

       6. 现代通用变频器普遍采用PWM控制方式，因此了解PWM控制原理是必要的。

       7. PWM控制通过对逆变电路开关器件的通断进行控制，生成一系列代替正弦波或所需波形的脉冲。

       8. 通过调节脉冲宽度，PWM逆变器可以改变输出电压和频率。

       9. 采样控制理论表明，不同形状但面积相等的窄脉冲对系统的效果是等效的。

       10. 利用这一理论，可以用不同宽度的矩形波来模拟正弦波，从而控制输出不同频率的正弦波。

       11. PWM波形的生成涉及将正弦波分成等份，用等幅不等宽的矩形脉冲序列代替，保持面积（冲量）相等。

       12. 这样得到的PWM波形与正弦波等效，各脉冲宽度按正弦规律变化。

       13. 要改变输出正弦波的幅值，只需按比例系数改变脉冲宽度，而整流电路可以采用不可控二极管。

       14. 一旦给出了正弦波的频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形的脉冲宽度和间隔就可以准确计算。

       15. 按照这些计算结果控制开关器件的通断，就可以生成所需的PWM波形。

说明一下电机控制的逆变器是如何通过pwm技术调整输出三相交流电的频率和电压

       一、复合型AC-AC电路

       复合型AC-AC电路能够实现三相输出电压的幅值和频率的同时改变。这种电路在交流电机调速、变频器和其他需要调节电压和频率的应用中非常重要。

       二、如何改变幅值和频率

       1. 改变幅值：

       幅值的改变通常通过脉冲宽度调制（PWM）技术实现。控制电路将输入信号转换为PWM信号，通过调整脉冲宽度来控制输出电压的幅值。具体操作是，控制电路接收输入信号，并将其转换为脉冲信号，随后通过改变脉冲宽度来调整输出电压的幅值。

       2. 改变频率：

       频率的改变则通常通过变频器实现。控制电路首先将输入电源转换为直流电源，然后将直流电源转换为频率可调的交流电源，以此来控制输出电压的频率。具体来说，控制电路接收到输入电源，并将其转换为直流电源，随后再将直流电源转换为频率可调的交流电源，从而实现输出电压频率的控制。

       三、需要注意的问题

       复合型AC-AC电路的控制电路设计复杂，需要精确的控制算法和电路设计。此外，电路在实际运行中可能会遇到噪声、温度等问题，因此在设计和使用时需要特别注意这些问题。

       四、举例说明

       以一种基于PWM和变频器的电路设计为例，可以说明如何实现三相输出电压幅值和频率的同时改变。该电路主要由PWM模块、直流-交流变换模块和变频器模块组成。

       1. PWM模块：

       PWM模块负责控制输出电压的幅值。它接收控制信号，并将输入电压转换为PWM信号。通过调整PWM信号的占空比，可以实现输出电压幅值的控制。

       2. 直流-交流变换模块：

       直流-交流变换模块负责将PWM信号转换为交流电压。它接收PWM信号和直流电源，并使用逆变器将直流电源转换为可控制的三相交流电压输出。

       3. 变频器模块：

       变频器模块负责控制输出电压的频率。它接收控制信号，并将输入电源转换为频率可调的交流电源。变频器模块可以采用多种技术实现，如电压-频率（V/F）控制技术或矢量控制技术。

       通过上述三个模块的协同工作，可以实现三相输出电压幅值和频率的同时改变。例如，通过增加PWM信号的占空比来增加输出电压的幅值，或者通过改变变频器的频率来改变输出电压的频率。

PWM技术的几种PWM控制方法

       采样控制理论中有一个重要结论：当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。PWM控制技术就是基于这个结论，通过控制半导体开关器件的导通和关断，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需的波形。通过按一定规则对各脉冲的宽度进行调制，既可以改变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。

       PWM控制的基本原理很早就已经提出，但由于电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展，以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，主要有以下方法。

       1. 随机PWM方法：在上世纪70年代至80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声，尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。

       2. SPWM（Sinusoidal PWM）法：这是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。其原理是利用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变局旦培调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

       3. 等面积法：该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。

       4. 硬件调制法：硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。

       5. 软件生成法：由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法，即自然采样法和规则采样法。

       6. 低次谐波消去法：是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开，表示为u(ωt)=ansinnωt，首先确定基波分量a1的值，再令两个不同的an=0，就可以建立三个方程，联立求解得a1、a2及a3，这样就可以消去两个频率的谐波。

       7. 梯形波与三角波比较法：该方法是采用梯形波作为调制信号，三角波为载波，且使两波幅值相等，以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。

       8. 线电压控制PWM：对于三相无中线对称负载，逆变器输出不必追求相电压接近正弦，而可着眼于使线电压趋于正弦。因此，提出了线电压控制PWM，主要有马鞍形波与三角波比较法和单元脉宽调制法。

       9. 电流控制PWM：基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实际的电流波形作为反馈信号，通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断，使实际输出随指令信号的改变而改变。其实现方案主要有滞环比较法、三角波比较法和预测电流控制法。

       10. 空间电压矢量控制PWM（SVPWM）：也叫磁通正弦PWM。它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形。

       11. 矢量控制：也称磁场定向控制，其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib及Ic，通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿对直流电动机的控制方法，实现对交流电动机的控制。

       12. 直接转矩控制：与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制，它也不需要解耦电机模型，而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值，然后，经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，能方便地实现无速度传感器化，有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度。

       13. 单周控制法：又称积分复位控制（Integration Reset Control，简称IRC），是一种新型非线性控制技术，其基本思想是控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例。

       14. 谐振软开关PWM：在常规PWM变换器拓扑的基础上，附加一个谐振网络，谐振网络一般由谐振电感、谐振电容和功率开关组成。开关转换时，谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程，谐振过程极短，基本不影响PWM技术的实现。

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