CN1041853A - 脉宽调制信号发生器 - Google Patents

脉宽调制信号发生器 Download PDF

Info

Publication number
CN1041853A
CN1041853A CN 88107180 CN88107180A CN1041853A CN 1041853 A CN1041853 A CN 1041853A CN 88107180 CN88107180 CN 88107180 CN 88107180 A CN88107180 A CN 88107180A CN 1041853 A CN1041853 A CN 1041853A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
phase
wave
output
square wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN 88107180
Other languages
English (en)
Other versions
CN1018600B (zh
Inventor
王兴亚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHONGQING IRON AND STEEL DESIGN INST MIN MI
Original Assignee
CHONGQING IRON AND STEEL DESIGN INST MIN MI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHONGQING IRON AND STEEL DESIGN INST MIN MI filed Critical CHONGQING IRON AND STEEL DESIGN INST MIN MI
Priority to CN 88107180 priority Critical patent/CN1018600B/zh
Publication of CN1041853A publication Critical patent/CN1041853A/zh
Publication of CN1018600B publication Critical patent/CN1018600B/zh
Expired legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

脉宽调制(PWM)信号发生器,由三相方波发生器1、三分环形计数器2和逻辑门电路3组成,其特征是由输入频率fi和控制频率fk两种不同频率的方波组成逻辑门电路;属于交流电机传动PWM变频调速系统。本发明按移相原理研制而成,只约需100门电路或500个晶体管,成本只占国外成本的20~30%。输出频率可从0~300Hz。由本发明为主要部分组成的PWM变频器,输出功率可以从0.1KW(单相)至兆瓦级(三相)。

Description

本发明属于交流电机调速传动脉宽调制(PWM)变频调速系统的PWM信号发生器。
目前广泛采用的是一种正弦波脉宽调制法(SPWM)即用等腰三角形的载波和参考正弦波相比较,其交点确定换流点的方法。这种方法,载波和参考正弦波必须同步,且保持为参考波频率的偶数倍,以改善输出波形的谐波含量,此法比较复杂。为了简化控制系统,近几年国内外采取许多新方法,如采用具有饱和幅值三角载波的PWM逆变器,它不需要对载波与参考波进行同步,使控制系统得到简化,但获得PWM模型,仍然采用了SPWM法或梯形波与三角载波相比较的复杂方法。在八十年代前后,英国麦纳德(MULLARD)公司,按SPWM原理研制了大规模集成电路构成的全数字化PWM信号发生器,使用了大约1500个门电路,型号为HEF4752V。之后日本日立公司也研制了专门和微处理机相配合,用于产生PWM信号和实现其它转换、保护、调节功能的大规模集成电路(LSI),在一片6.0mm×6.1mm的大规模集成块上,有大约9000个金属氧化半导体晶体管。
本发明的目的在于提供一个按照连续移相原理研制成功的新型PWM信号发生器。比用正弦波脉宽调制法原理研制的PWM信号发生器简单得多。
本发明的目的是通过以下方法来达到的。就是按已申请专利“交流电机两重式交交变频调速装置”(申请号86106905)的移相原理,获得对交直交PWM逆变器新的调制方法,并保持输出波形接近正弦。
实践已经证明若电源输入频率为fiHz,移相频率(或控制频率)为fkHz,则输出频率fo以Hz计为:fo=fi-fk,即输出频率fo为电源频率fi和移相频率fk的代数和。连续移相控制,实际上就是两种不同频率fi和fk的方波的逻辑组合。应用这个原理和方法可以很方便地设计出一种由三相方波发生器。三分频环形计数器和逻辑门电路组成的新型PWM信号发生器。由于PWM逆变器的电源电压是直流,因此在控制电路中可以任意选择输入频率fi的频率数值。三相方波即三个互差120°电角的方波,它的频率是平滑可调的,这比正弦波发生器要简单得多,且不需要调节它的幅值。三分频环形计数器是一个典型的电路,它和三相方波发生器由共同的直流电压ug来控制。由电源输入频率fi和控制频率fk两种不同频率的方波组成的逻辑门电路,经典型的大功率晶体管的基极驱动电路,即可实现PWM变频。当单项输出时可采用一对晶体管的主回路,当三相输出时可采用通用的桥式逆变器电路。
本发明比现有技术有以下优点:1、调制电路比目前已知的各种方法都简单得多,若采用大规模集成电路设计这种PWM信号发生器,只需大约100个门电路或500个晶体管即可实现,因而生产成本仅占国外的20~30%;2、同一种比SPWM法谐波幅值更低的梯形波调制法比较,本发明的各次谐波含量都较低。且连续移相法所取Np=48,而梯形波调制法所取Np=8.3(见美国电气与电子工程师学会期刊杂誌工业应用卷,21期第5号,1985年1193页,原文IEEE、Trans.voIIA-21 NO.5 sepf/ocf.1985)因Np越大,谐波必然越小,所以连续移相法具有明显的优越性。3、只要给定任一输出频率fo和输出电压波每半周的脉冲数Np,则控制频率fk和输出频率fi均可由简单公式算出;而且输出频率fo与控制频率fk,输入频率fi都是线性关系,从而使控制电路更简化。
以下将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为脉宽调制(PWM)信号发生器的框图
图中:1是三相方波发生器;2是三分频环形计数器;3是逻辑门电路;4是功率晶体管基极驱动电路;5是主回路;ug是直流控制电压;H1、H2、H3是环形计数器输出的三个方波;A+、B+、C+和A-、B-、C-为三相方波;y+、y-是逻辑门电路输出方波;T1、T2是晶体管。
图2、是脉宽调制(PWM)信号发生器的波形。
图中符号:fo-输出频率;Np-输出电压每半周的脉冲数;fk-移相频率或称控制频率;Wk-控制方波宽;fi-输出频率;Wi-输出方波宽。
图3、是脉冲数Np为15时有关部分波形
图中符号:u、v、w-输出电压相;图中其它符号同前。
图4、是获得单极性的脉冲例
图5、为6相6脉冲PWM控制图
图6、为各种输出频率时,保持Np不变,fo、fk、fi的线性关系
图7、为输出电压每半周的脉冲数Np
参照图1、一个频率为fi可平滑调节的三相方波发生器1,产生三个互差120°电角的方波,且不需调它的幅值。一个三分频环形计数器2,是个典型电路。1和2由共同的直流电压ug来控制。一个简单的逻辑门电路3,是PWM波的脉冲形成环节,其中环形计数器输出的三个方波H1、H2、H8(它们的宽度都等于Wk)分别同三相方波A+、B+、C+和A-、B-、C-相与(三相方波的宽度都等于Wi),这个电路实际上是一个与或门,只要其中任意一个与门的两个输入端为1,即可在输出端y+或y-获得高电位的输出。大功率晶体管的基极驱动电路4、是通用的典型电路。主回路5,它是单相输出的一对晶体管。若三相输出时,主回路5可采用通用的桥式逆变器电路。
参照图2,假定输出频率fo=50Hz,输出电压每半周的脉冲数Np=6,则根据移相原理导出的公式:fk= 2/3 fo×Np可得控制频率fk=200Hz,控制方波宽Wk=30°,输入频率fi=150Hz,输出方波宽Wi=60°,按此结果可以获得各有关部分的波形。第1栏的输入频率fi为150Hz,相对应的方波宽Wi为60°,其中A+、B+、C+为正半波、A-、B-、C-为负波,A、B、C之间均相差40°电角(如按150Hz每半周宽为180°,则A、B、C相差120°)采用A、B、C来表示三相输入方波的原因是仍然与三相交流电压的习惯用法一致。图中第2栏为控制频率fk=200Hz,相对应的控制方波宽Wk=30°,分别以H1、H2、H8表示,它实际上是一个三分频环形计数器的输出方波。图中第3栏为H1、H2、H3,分别同A+、B+、C+经与门后的输出方波,即H1同A+相与,H2同B+相与,H8同C+相与,然后经或门输出,其输出方波示于图中的第3栏。这个输出方波实际上就是图1中3的输出端y+。同样,H1同A-相与,H2同B-相与,H3同C-相与,然后经或门输出的方波,即为图1中3的输出端y-,也就是图中第4栏所示的输出波形。这两个输出方波y+和y-经隔离功放后,即分别驱动两只大功率晶体管的基极,于是在图1中主回路5的负载L两端便出现PWM的电压波形,如图中第5栏所示。从这个输出电压波可以看出,输出电压从中性点至波峰正好是90°(π/2)。图2是一个简单例子,用以说明其工作原理。
参照图3,为获得实用的输出波形,输出电压每半周的脉冲数Np应尽可能大一些。设所需fo=16.7Hz,Np=15,则fk=166.7Hz,Wk=36°,fi=150Hz,Wi=60°。将上述数值绘出波形,图中第1栏分别绘出三相方波A、B、C,其宽度均为Wi=60°。图中第2栏为三分频环形计数器的输出方波H1、H2、H3,其宽度Wk均为36°。图中第3栏为u相输出电压波形。图中第4.5两栏分别为V和W两相的输出电压波形。这后两相电压是按第3栏u相同原理获得的,仅仅只需将环形计数器的输出方波H1、H2、H3,由原来分别相与的A、B、C,改为B、C、A(获得V相输出电压),或改为C、A、B(获得W相输出电压)。由图解分析可知,输出三相电压波相互之间正好差120°电角。由于是以50Hz的电角计,故当fo=16.7Hz时,在图3中量出的电角度正好大了3倍(360°)。实际上Np还应再大一些,但图解分析在绘制上比较烦琐,又因为按移相原理已能准确地推导出在各种不同输出频率fo和输出电压每半周脉冲数Np以及与之相对应的fk、Wk、fi、Wi的数值,在此不赘述。
当m=3,Np=15,fo=16.7Hz时,其输出电压各次谐波含量列于表1。
表1
Figure 881071803_IMG2
参照图4,本图是获得单极性的脉冲例,这仅需要将前面列举的三相脉冲控制方式中的输入方波Wi,经过适当延时即可。例如,设fo=50Hz,Np=9,则fk=300Hz,Wk=20°,fi=250Hz,Wi=36°。现在将Wi=36°经过延时,去掉方波前沿12°,即假定延去部分为Wy,则Wy=12°,图解分析见本图。从图中可以明显地看出,Wi经延时后,输出的波形就成为单极性了。且u、v、w三相输出电压正好相差120°电角。
参照图5,本图说明6相6脉冲也可以实PWM控制。当m=6时,设fo=25Hz,Np=48,则fk=400Hz,Wk=7.5°,fi=375Hz,Wi=24°。按上述数值绘出PWM信号发生器各有关部分的波形示于图5。图中第1栏为输入方波,其频率fi=375Hz,方波宽Wi=24°,分别以A+、A-、B+、B-、C+、C-表示,这些方波的电角关系相当于一个六相方波电压,其相序为A+、C-、B+、A-、C+,所有方波宽Wi都是24°(以50Hz的电角度计)。故当方波A+从0°开始时,C-就从8°开始,B+从16°开始,以此类推,即按相序每隔8°一个方波。由于每个方波有适当的延时,所以在图中已表示出三种不同的延时,若延时部分的宽度为Wy,则图中列举了三种不同的延时,即wy=5°,Wy=8°,Wy=10°。图中第二栏为六分频环形计数器的输出方波,分别以H1、H2、H3、H4、H5、H6表示。这些方波的重复频率fk=400Hz,宽Wk=7.5°,其中H1总是只同A+或A-相与,同A+相与时,输出的方波经隔离功放后,即作为驱动正端晶体管T1基极的脉冲,反之,H1同A-相与时,输出的方波经隔离功放后,即作为驱动负端晶体管T4基极的脉冲。同样,H2同C-相与时,输出的方波经隔离功放后,即作为驱动正端晶体管T1基极的脉冲,H2同C+相与,输出的方波经隔离功放后,即作为驱动负端晶体管T4基极的脉冲,如此类推。图中第三栏为PWM信号发生器输出方波,经隔离功放后,分别驱动晶体管T1和T4时的主电路输出电压波形。输出频率fo=25Hz,Np=48,其中Wy=5°。表示第1栏所有的方波均延时5°。图中第4和第5栏,分别为延时Wy=8°和Wy=10°的输出电压波形。从这些波形可以看出,不同的延时可以起到调压的作用,即延时越大,输出电压越低,且不同延时后的电压波形,每1/4周波都是对称的。
当m=6,Np=48,fo=25Hz时其输出电压各次谐波含量列于表2。表中的比值 (WQ)/(Wi) 即为调制系数,其中WQ=Wi-Wy。从表中可知,当调制系数越接近1时,各次谐波含量就越小,但即使在调压时需要减少这个系数,各次谐波含量只稍增加。
Figure 881071803_IMG3
参照图6,说明在输出各种频率时,保持Np不变,则fo与fk、fi为线性关系。此时无论输出频率为任意数值,Np均为整数不变,这就使得输出电压的谐波含量降低。图中左边两根直线表示m=6,Np=48时,fo和fk、fi的关系。图中右边两根直线表示,m=3,Np=48时,fo和fk、fi的关系。
参照图7,说明输出电压每半周的脉冲数Np,在实际上应当随输出频率而变化。在图中列出了输出频率fo从1Hz至50Hz变化时,Np从1200至24变化的关系曲线,图中m=3,虚线表示fi的线性变化,相对应的fk由实线表示。

Claims (4)

1、一个由三相方波发生器1三分环形计数器2和逻辑门电路3组成的脉宽调制(PWM)信号发生器,其特征是由输入频率fi和控制频率fk两种不同频率的方波组成的逻辑门电路3。
2、按权利要求1所述脉宽调制信号发生器,其特征是由于逆变器的电源是直流,故在控制电路中可任意选择输入频频fi的数值。
3、按权利要求1、2所述脉宽调制信号发生器,其特征是由输入频率fi所确定的三相方波发生器1为三组互差120°电角的方波,每组方波的正半波和负半波是分开的,且其前沿是可调的。
4、按权利要求1、2所述脉宽调制信号发生器,其特征是三分频环形计数器2的输出方波频率fk与三相方波1的频率fi两种方波不同频率的变化是线性的。
CN 88107180 1988-10-12 1988-10-12 脉宽调制信号发生方法及装置 Expired CN1018600B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 88107180 CN1018600B (zh) 1988-10-12 1988-10-12 脉宽调制信号发生方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 88107180 CN1018600B (zh) 1988-10-12 1988-10-12 脉宽调制信号发生方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1041853A true CN1041853A (zh) 1990-05-02
CN1018600B CN1018600B (zh) 1992-10-07

Family

ID=4834546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 88107180 Expired CN1018600B (zh) 1988-10-12 1988-10-12 脉宽调制信号发生方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1018600B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1060603C (zh) * 1995-09-14 2001-01-10 明碁电脑股份有限公司 一单稳信号产生装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1060603C (zh) * 1995-09-14 2001-01-10 明碁电脑股份有限公司 一单稳信号产生装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1018600B (zh) 1992-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. A novel PWM scheme for a three-level voltage source inverter with GTO thyristors
US4599685A (en) Control circuit for power converter apparatus
Soomro et al. Design and analysis of single phase voltage source inverter using Unipolar and Bipolar pulse width modulation techniques
CN102035423A (zh) 三相四线制三电平光伏并网逆变器及其控制方法
Ibrahim et al. Simulation investigation of SPWM, THIPWM and SVPWM techniques for three phase voltage source inverter
Aboadla et al. Effect of modulation index of pulse width modulation inverter on Total Harmonic Distortion for Sinusoidal
Uddin et al. Implementation of cascaded multilevel inverter with reduced number of components
Shanmugasundaram et al. Modelling and analysis of space vector pulse width modulated inverter drives system using MatLab/Simulink
Al Mashhadany High-performance multilevel inverter drive of brushless DC motor
CN1041853A (zh) 脉宽调制信号发生器
Vivert et al. Variation of a sliding mode control applied to a trinary hybrid multilevel inverter
CN2041867U (zh) 脉宽调制信号发生器
Sen et al. Modulation strategies of three phase PWM inverters: Analysis and comparative study
Ali et al. Analysis of three-phase input to five-phase output matrix converter using direct transfer function approach
Biabani et al. Performance analysis of step up and step down cyclo converter
Rezaoui et al. A modified PWM three intervals control for a matrix converter in real time
Subbarao et al. A level shifted PWM technique for controlled string source MLI
Baoming et al. Speed sensorless vector control induction motor drives fed by cascaded neutral point clamped inverter
CN205407622U (zh) 一种采用shepwm的t型三电平逆变器中点电压平衡控制系统
Zadeh et al. A new simple control approach of M2LC for AC railway applications
Wei et al. An Inferential De-re-coupling Method for Single-phase Matrix Converter
Ali et al. Microcontroller based variable frequency power inverter
CN112366971B (zh) 三电平逆变拓扑结构及其控制方法、单相及三相逆变电路
Uma et al. Hardware Design and Implementation of Microcontroller Based Reduced Switch Multilevel Inverter Topology for Harmonic Studies Using MRPWM
CN202190222U (zh) 一种利用斩波器换流的由晶闸管组成的多相方波逆变器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C13 Decision
GR02 Examined patent application
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee