2.逆变电路
2.1逆变电路的基本工作原理[5]
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理;图中S1~S4是桥式电路的4个臂,由电力电子器件及辅助电路组成。
S1、S4闭合,S2、S3断开时,负载电压uo为正;如图1:
S1、S4断开,S2、S3闭合时,负载电压uo为负;如图2:
1) 逆变电路最基本工作原理:改变两组开关切换频率,可改变输出交流电频率;
2) 电阻负载时,负载电流io和uo的波形相同,相位也相同;
3) 阻感负载时,io相位滞后于uo,波形也不同。
2.2 PWM技术基础
PWM技术也称脉宽调制技术:即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效的获得所需要的波形(含形状和幅值);
1) PWM技术控制方法简单容易,它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压。
2) PWM技术控制方法很多,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,已出现了多种方法
2.3.1面积等效的SPWM控制算法
目前生成SPWM波的控制算法主要有4种。
1) 自然采样法;
2) 对称规则采样法;
3) 不对称规则采样法;
4) 面积等效法。
理论分析后知规则采样法和不对称规则采样法产生的高次谐波很大,而减小高次谐波需要增加电路设计和算法。又自然采样法通过计算得到PWM,需要计算超越方程,运算量大,而PIC单片机片内无较大内,所以自然采样法不利于软件实现。本系统采用面积等效法实现SPWM控制,原理如图3所示。
利用正弦波小块面积与脉冲面积相等原则,将正弦波的一个周期分为N等分,则每一等分的宽度为2π/N弧度,利用面积等效法计算出0~1/4周期内N/4个不同的脉宽值,将产生的脉宽数列以列表形式存于PIC单片机的ROM中,以供单片机调用。
脉宽产生的基本公式为: ⑴
式中:m为调制度;T为单个PWM的周期;N为载波比,即正弦波一个周期内的脉冲采样个数,N根据所需正弦波的频率取不同值;k取值为0~ 。
由式(1)计算出的实际脉宽转换成计时步阶后生成 个值的正弦表存入PIC的ROM中以供调用。产生的SPWM脉宽表是一个由窄到宽的表。
2.3.2 SPWM调制方法
以图4为例进行分析
1) 单极性PWM控制方式
在ur和uc的交点时刻控制IGBT(或MOEFET)的通断,波形如图5,其中uof表示uo的基波分量。
ur正半周,V1保持通,V2保持断。
当ur>uc时使V4通,V3断,uo=Ud ; 当ur<uc时使V4断,V3通,uo=0 。
ur负半周,V1保持断,V2保持通。
当ur>uc时使V4断,V3通,uo=0; 当ur<uc时使V4通,V3断,uo=-Ud。
2) 双极性PWM控制方式
在ur和uc的相交时刻控制IGBT(或MOEFET)的通断,波形如图6,其中uof表示uo的基波分量。
在ur的半个周期内,三角波载波有正负,所得PWM波也有正负,其幅值只有±Ud两种电平。同样在调制信号ur和载波信号uc的相交时刻控制器件的通断。ur正负半周,对各开关器件的控制规律相同
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