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电力电子技术教案
第 6 章 PWM 控制技术

主要内容:PWM 控制的基本原理、控制方式与 PWM 波形的生成方法,PWM 逆变电
路的谐波分析,PWM 整流电路。
重点:PWM 控制的基本原理、控制方式与 PWM 波形的生成方法。
难点:PWM 波形的生成方法,PWM 逆变电路的谐波分析。
基本要求:掌握 PWM 控制的基本原理、控制方式与 PWM 波形的生成方法,了解 PWM
逆变电路的谐波分析,了解跟踪型 PWM 逆变电路,了解 PWM 整流电路。
PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术,通过对一系列脉冲的宽
度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。第 3、4 章已涉及这方面内容:
第 3 章:直流斩波电路采用,第 4 章有两处: 节斩控式交流调压电路, 节矩阵式变
频电路。
本章内容
PWM 控制技术在逆变电路中应用最广,应用的逆变电路绝大部分是 PWM 型,PWM
控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍 PWM 控制技术,也介绍 PWM 整流电路

1 PWM 控制的基本原理
理论基础:
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。冲量指窄
脉冲的面积。效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近,仅在
高频段略有差异。

图 6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
面积等效原理:
分别将如图 6-1 所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L 电路)上,如图 6-2a 所示。
其输出电流 i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图 6-2b 所示。从波形可以看出,在 i(t)的上升
段,i(t)的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄,各 i(t)响应波形的差异
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第 6 章 PWM 控制技术
也越小。如果周期性地施加上述脉冲,则响应 i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可
看出,各 i(t)在低频段的特性将非常接近,仅在高频段有所不同。

图 6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,正弦半波 N 等分,看成 N 个相连的
脉冲序列,宽度相等,但幅值不等;用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积(冲
量)相等,宽度按正弦规律变化。
SPWM 波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形。

图 6-3 用 PWM 波代替正弦半波
要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可。
等幅 PWM 波和不等幅 PWM 波:
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由直流电源产生的 PWM 波通常是等幅 PWM 波,如直流斩波电路及本章主要介绍的
PWM 逆变电路, 节的 PWM 整流电路。输入电源是交流,得到不等幅 PWM 波,如
节讲述的斩控式交流调压电路, 节的矩阵式变频电路。基于面积等效原理,本质是相同
的。
PWM 电流波:
电流型逆变电路进行 PWM 控制,得到的就是 PWM 电流波。
PWM 波形可等效的各种波形:
直流斩波电路:等效直流波形
SPWM 波:等效正弦波形,还可以等效成其他所需波形,如等效所需非正弦交流波形
等,其基本原理和 SPWM 控制相同,也基于等效面积原理。

2 PWM 逆变电路及其控制方法
目前中小功率的逆变电路几乎都采用 PWM 技术。逆变电路是 PWM 控制技术最为重要
的应用场合。本节内容构成了本章的主体
PWM 逆变电路也可分为电压型和电流型两种,目前实用的几乎都是电压型。
(1)计算法和调制法
1、计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数,准确计算 PWM 波各脉冲宽度和间隔,据此控
制逆变电路开关器件的通断,就可得到所需 PWM 波形。
缺点:繁琐,当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时,结果都要变化
2、调制法
输出波形作调制信号,进行调制得到期望的 PWM 波;通常采用等腰三角波或锯齿波作
为载波;等腰三角波应用最多,其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称;与任一
平缓变化的调制信号波相交,在交点控制器件通断,就得宽度正比于信号波幅值的脉冲,
符合 PWM 的要求。
调制信号波为正弦波时,得到的就是 SPWM 波;调制信号不是正弦波,而是其他所需
波形时,也能得到等效的 PWM 波。
结合 IG