摘要：本文首先簡單說明了脈沖寬度調(diào)制（PWM）的基本原理，然后介紹PWM運用于逆變的控制電路及其調(diào)制方法，由于PWM整流技術(shù)是一項新型熱門技術(shù)，本文將重點介紹，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)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，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。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。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)用場合仍在主導(dǎo)地位，并一直是人們研究的熱點。

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，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正弦半波。把圖1的正弦半波N等分，看成N個相連的脈沖序列，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，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，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，其任一點水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱。與任一平緩變化的調(diào)制信號波相交，在交點控制器件通斷，就得寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合PWM的要求。調(diào)制信號波為正弦波時，得到的就是SPWM波，調(diào)制信號不是正弦波，而是其他所需波形時，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，V3和V4通斷也互補。

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：每半個周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個逆變器件中，只有一個器件按脈沖系列的規(guī)律時通時斷地工作，另一個完全截止；而在另半個周期內(nèi)，兩個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：逆變橋在工作時，同一橋臂的兩個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，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。

 電流誤差信號經(jīng)滯環(huán)對各開關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使實際的交流輸入電流跟蹤指令值，同時達(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行閉環(huán)控制，其電流指令運算電路比不引入交流輸入電流反饋的間接電流控制簡單，電流響應(yīng)速度快，控制運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)載為電動機(jī)時，可以工作在電動運行狀態(tài)，也可以工作在再生制動狀態(tài)。此外，改變輸出交流電壓的相序即可使電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。因此，電動機(jī)可以實現(xiàn)四象限運行，也能實現(xiàn)能量的及時回饋。

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，并對電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠(yuǎn)影響的一項技術(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)，推動了這項技術(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，是今后研究的一個熱點。

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