发布时间：2024-10-04 08:40:16 人气：
PWM波如何产生并控制
控制方法
采样控制理论中有一个重要结论: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控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,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要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率. PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受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,到目前为止主要有以下8类方法.
等脉宽PWM法
VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种.它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,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,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化.相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量.
随机PWM
在上世纪70年代开始至上世纪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(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),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.正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析,解决这种问题的全新思路.
SPWM法
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论: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.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM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.该方法的实现有以下几种方案.
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.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.
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,其原理就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.通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形.其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波.但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制.
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.
自然采样法
以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制.
规则采样法
规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波.其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样.当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规则采样. 规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小. 以上两种方法均只适用于同步调制方式中.
低次谐波消去法
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. 该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算复杂的缺点.该方法同样只适用于同步调制方式中.
梯形波与三角波比较法
前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率,如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%.因此,为了提高直流电压利用率,提出了一种新的方法--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. 由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时,其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值,从而可以有效地提高直流电压利用率.但由于梯形波本身含有低次谐波,所以输出波形中含有5次,7次等低次谐波.
线电压控制PWM
前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时,都是对三相输出相电压分别进行控制的,使其输出接近正弦波,但是,对于像三相异步电动机这样的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,主要有以下两种方法.
马鞍形波与三角波比较法
马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式(HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波,调制信号便呈现出马鞍形,而且幅值明显降低,于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下,可以使基波幅值超过三角波幅值,提高了直流电压利用率.在三相无中线系统中,由于三次谐波电流无通路,所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波[4]. 除了可以注入三次谐波以外,还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形,这些信号都不会影响线 电压.这是因为,经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波,但在合成线电压时,各相电压中的这些谐波将互相抵消,从而使线电压仍为正弦波.
单元脉宽调制法
因为,三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系,所以,某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和.现在把一个周期等分为6个区间,每区间60°,对于某一线电压例如Uuv,半个周期两边60°区间用Uuv本身表示,中间60°区间用-(Uvw+Uwu)表示,当将Uvw和Uwu作同样处理时,就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°区间的两种波形形状,并且有正有负.把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号,载波仍用三角波,并把各区间的曲线用直线近似(实践表明,这样做引起的误差不大,完全可行),就可以得到线电压的脉冲波形,该波形是完全对称,且规律性很强,负半周是正半周相应脉冲列的反相,因此,只要半个周期两边60°区间的脉冲列一经确定,线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了.这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号,但由于已知三相线电压的脉冲工作模式,就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了. 该方法不仅能抑制较多的低次谐波,还可减小开关损耗和加宽线性控制区,同时还能带来用微机控制的方便,但该方法只适用于异步电动机,应用范围较小.
电流控制PWM
电流控制PWM的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.其实现方案主要有以下3种.
滞环比较法
这是一种带反馈的PWM控制方式,即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器,得出相应桥臂开关器件的开关状态,使得实际电流跟踪给定电流的变化.该方法的优点是电路简单,动态性能好,输出电压不含特定频率的谐波分量.其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音,和其他方法相比,在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多.
三角波比较法
该方法与SPWM法中的三角波比较方式不同,这里是把指令电流与实际输出电流进行比较,求出偏差电流,通过放大器放大后再和三角波进行比较,产生PWM波.此时开关频率一定,因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点.但是,这种方式电流响应不如滞环比较法快.
预测电流控制法
预测电流控制是在每个调节周期开始时,根据实际电流误差,负载参数及其它负载变量,来预测电流误差矢量趋势,因此,下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差.该方法的优点是,若给调节器除误差外更多的信息,则可获得比较快速,准确的响应.目前,这类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性.
空间电压矢量控制PWM
空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.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.此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通). 具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式.磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量,若采样时间足够小,可合成任意电压矢量.此法输出电压比正弦波调制时提高15%,谐波电流有效值之和接近最小.磁通闭环式引 入磁通反馈,控制磁通的大小和变化的速度.在比较估算磁通和给定磁通后,根据误差决定产生下一个电压矢量,形成PWM波形.这种方法克服了磁通开环法的不足,解决了电机低速时,定子电阻影响大的问题,减小了电机的脉动和噪音.但由于未引入转矩的调节,系统性能没有得到根本性的改善.
矢量控制PWM
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.其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制.通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制. 但是,由于转子磁链难以准确观测,以及矢量变换的复杂性,使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果,这是矢量控制技术在实践上的不足.此外.它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制,在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器,这显然给许多应用场合带来不便.
直接转矩控制PWM
1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论(Direct Torque Control简称DTC).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,并以新颖的控制思想,简洁明了的系统结构,优良的动静态性能得到了迅速发展. 但直接转矩控制也存在缺点,如逆变器开关频率的提高有限制.
非线性控制PWM
单周控制法[7]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.该技术同时具有调制和控制的双重性,通过复位开关,积分器,触发电路,比较器达到跟踪指令信号的目的.单周控制器由控制器,比较器,积分器及时钟组成,其中控制器可以是RS触发器,其控制原理如图1所示.图中K可以是任何物理开关,也可是其它可转化为开关变量形式的抽象信号. 单周控制在控制电路中不需要误差综合,它能在一个周期内自动消除稳态,瞬态误差,使前一周期的误差不会带到下一周期.虽然硬件电路较复杂,但其克服了传统的PWM控制方法的不足,适用于各种脉宽调制软开关逆变器,具有反应快,开关频率恒定,鲁棒性强等优点,此外,单周控制还能优化系统响应,减小畸变和抑制电源干扰,是一种很有前途的控制方法.
谐振软开关PWM
传统的PWM逆变电路中,电力电子开关器件硬开关的工作方式,大的开关电压电流应力以及高的du/dt和di/dt限制了开关器件工作频率的提高,而高频化是电力电子主要发展趋势之一,它能使变换器体积减小,重量减轻,成本下降,性能提高,特别当开关频率在18kHz以上时,噪声将已超过人类听觉范围,使无噪声传动系统成为可能. 谐振软开关PWM的基本思想是在常规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.从而既保持了PWM技术的特点,又实现了软开关技术.但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗,并使电路受固有问题的影响,从而限制了该方法的应用。
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：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控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，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要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受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，到目前为止主要有以下方法。 在上世纪70年代开始至上世纪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（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的），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。
正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值；另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，随机PWM技术正是提供了一个分析，解决这种问题的全新思路。 SPWM（Sinusoidal PWM）法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。
前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：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。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM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。该方法的实现有以下几种方案。 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。由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点，可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在计算繁琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点。 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，其原理就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.通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形.其实现方法简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波.但是，这种模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。 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。 自然采样法
以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。其优点是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。 规则采样法
规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现SPWM法。 当三角波只在其顶点（或底点）位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期（即采样周期）内的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样。 当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期（此时为采样周期的两倍）内的位置一般并不对称，这种方法称为非对称规则采样。
规则采样法是对自然采样法的改进，其主要优点就是是计算简单，便于在线实时运算，其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低，线性控制范围较小。
以上两种方法均只适用于同步调制方式中。 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。
该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波，但是，剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大，而且同样存在计算复杂的缺点。该方法同样只适用于同步调制方式中。 前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的，从而忽视了直流电压的利用率，如SPWM法，其直流电压利用率仅为86.6%。因此，为了提高直流电压利用率，提出了一种新的方法——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。
由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时，其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值，从而可以有效地提高直流电压利用率.但由于梯形波本身含有低次谐波，所以输出波形中含有5次，7次等低次谐波。 前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时，都是对三相输出相电压分别进行控制的，使其输出接近正弦波，但是，对于像三相异步电动机这样的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，主要有以下两种方法： 马鞍形波与三角波比较法
马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式（HIPWM），其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波，调制信号便呈现出马鞍形，而且幅值明显降低，于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下，可以使基波幅值超过三角波幅值，提高了直流电压利用率。在三相无中线系统中，由于三次谐波电流无通路，所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波[4]。
除了可以注入三次谐波以外，还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形，这些信号都不会影响线
电压.这是因为，经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波，但在合成线电压时，各相电压中的这些谐波将互相抵消，从而使线电压仍为正弦波。 单元脉宽调制法
因为，三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系，所以，某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和。现在把一个周期等分为6个区间，每区间60°，对于某一线电压例如Uuv，半个周期两边60°区间用Uuv本身表示，中间60°区间用-(Uvw+Uwu）表示，当将Uvw和Uwu作同样处理时，就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°区间的两种波形形状，并且有正有负.把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号，载波仍用三角波，并把各区间的曲线用直线近似（实践表明，这样做引起的误差不大，完全可行），就可以得到线电压的脉冲波形，该波形是完全对称，且规律性很强，负半周是正半周相应脉冲列的反相，因此，只要半个周期两边60°区间的脉冲列一经确定，线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了.这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号，但由于已知三相线电压的脉冲工作模式，就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了。
该方法不仅能抑制较多的低次谐波，还可减小开关损耗和加宽线性控制区，同时还能带来用微机控制的方便,但该方法只适用于异步电动机，应用范围较小。 电流控制PWM的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。其实现方案主要有以下3种。 滞环比较法
这是一种带反馈的PWM控制方式，即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器，得出相应桥臂开关器件的开关状态，使得实际电流跟踪给定电流的变化。该方法的优点是电路简单，动态性能好，输出电压不含特定频率的谐波分量。其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音，和其他方法相比，在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多。 三角波比较法
该方法与SPWM中的三角波比较方式不同，这里是把指令电流与实际输出电流进行比较，求出偏差电流，通过放大器放大后再和三角波进行比较，产生PWM波。此时开关频率一定，因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点。但是，这种方式电流响应不如滞环比较法快。 预测电流控制法
预测电流控制是在每个调节周期开始时，根据实际电流误差、负载参数及其它负载变量，来预测电流误差矢量趋势，因此，下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差。该方法的优点是，若给调节器除误差外更多的信息，则可获得比较快速、准确的响应。这类调节器的局限性在于响应速度及过程模型系数参数的准确性。 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。此法从电动机的角度出发，把逆变器和电机看作一个整体，以内切多边形逼近圆的方式进行控制，使电机获得幅值恒定的圆形磁场（正弦磁通）。
具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式。 磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量，若采样时间足够小，可合成任意电压矢量。此法输出电压比正弦波调制时提高15%，谐波电流有效值之和接近最小。 磁通闭环式引入磁通反馈，控制磁通的大小和变化的速度。在比较估算磁通和给定磁通后，根据误差决定产生下一个电压矢量，形成PWM波形。这种方法克服了磁通开环法的不足，解决了电机低速时，定子电阻影响大的问题，减小了电机的脉动和噪音。但由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本性的改善。 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。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
但是，由于转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制技术在实践上的不足。此外，它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便。 1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（Direct Torque Control，简称DTC）。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，并以新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的动静态性能得到了迅速发展。
但直接转矩控制也存在缺点，如逆变器开关频率的提高有限制。 单周控制法[7]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。该技术同时具有调制和控制的双重性，通过复位开关、积分器、触发电路、比较器达到跟踪指令信号的目的。单周控制器由控制器、比较器、积分器及时钟组成，其中控制器可以是RS触发器，开关是任何物理开关，也可是其它可转化为开关变量形式的抽象信号。
单周控制在控制电路中不需要误差综合，它能在一个周期内自动消除稳态、瞬态误差，使前一周期的误差不会带到下一周期。虽然硬件电路较复杂，但其克服了传统的PWM控制方法的不足，适用于各种脉宽调制软开关逆变器，具有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强等优点。此外，单周控制还能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰。 传统的PWM逆变电路中，电力电子开关器件硬开关的工作方式，大的开关电压电流应力以及高的du/dt和di/dt限制了开关器件工作频率的提高，而高频化是电力电子主要发展趋势之一，它能使变换器体积减小，重量减轻，成本下降，性能提高，特别当开关频率在18kHz以上时，噪声将已超过人类听觉范围，使无噪声传动系统成为可能。
谐振软开关PWM的基本思想是在常规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。从而既保持了PWM技术的特点，又实现了软开关技术。但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗，并使电路受固有问题的影响，从而限制了该方法的应用。
如何制作简易发电机
问题一：如何制作一个简易的手动发电机？要图文并貌 找个废顶音机、废电吹风、废电动玩具等，将其电机拆出来加大轴轮即成一发电机。
更象征性的：用绝缘棒（塑料棒、木棒都行）作轴，两端套轴承，中间绕一组线圈，线圈两头分别接两个轴承，固定两轴承，然后两轴承分别引线到灯炮。以靠近线圈外径两则放两个电磁铁，
对着线圈的磁极一个正一个反。
摇动线圈则在轴承输出 交流电压电流。
（轴承作用为换向器作用）
问题二：如何制作简单的手动发电机 工具/原料
漆包线(直径0.213毫米)
10厘米长的自行车辐条做转轴2块高强度磁铁(被用胶粘在转轴正中)
发光二极管
胶卷盒
2段塑料吸管(防止转轴与线圈摩擦
步骤/方法
在胶卷盒上钻两个小孔，把转轴穿进去。其中一边要开一个豁口，不然转轴放不进去。
把两小段吸管塞进胶卷盒上的小孔里，让转轴能够在吸管内部自由转动。
漆包线在上面绕700圈。没有它们，转轴会被漆包线缠住，不能动弹。
把线圈两端的漆包线上的绝缘漆用小刀刮掉，分别缠在发光二极管的两个管脚上
转动转轴，磁铁在线圈内旋转，线圈内的磁通量发生变化，产生电流。
详细 jingyan.baidu/...0
问题三：最简单的发电机怎么做？ 首先需要一对相对放置的磁极。磁极固定好以后，你需要一个线圈。你可以将铜导线弯成近似矩形，矩形面积合适，要能保证矩形可在磁极间空间沿轴旋转的大小。矩形不要封口，将导线两端分别取一段引出，装在可以旋转的轴上。将线圈两端接入合适量程的电压表或者电流表，旋转转轴就可以看到指针的摆动。这就是最简单的发电机原理（术语：单相交流发电机）。这个模型在高中物理课本乃至专业的电机学都可以看到。如果在线圈两端引入换相器，则发电机变为最简单的直流发电机。此外，增加线圈个数为三个，并在空间按120度排开，可以制成三相发电机模型。这个模型就是现在电力系统广泛应用的发电机最简单模型。手机打字好累，不知是否可以帮助你。可以自己参考高中物理（高中生）或者电机学（大学生）。
问题四：如何做简易小发电机 如果是需要制作简单的发电机就好弄了 首先是必备的材料：导线，永磁磁铁，转子轴，轴承，是必备的材料 简单的制作方法 转子：永磁磁铁固定在转子轴上并使其磁极对数形成对称，外形成圆形 一般影响电压的就是磁场的强度大小，转子转速，磁极对数的多少 定子：将导线单一方向绕制在定子铁芯上，如使用类似市场电机的话绕制的方法不一样，现以最简单为例，导线的直径将影响发电电流，即发电机的功率，绕制的长度与圈数影响电压 另外定转子的材料需要使用能导磁的材料，最常见又最容易得到的就是铁，使用铁片叠加最好，定转子的间距影响导磁性能，也就是发电机的电压与功率都会有影响，不宜超过0.5毫米 这样就基本构成了一个发电机 使用动力带动转子旋转（旋转速度的高低与电压有关）就可以在导线的两端取得交流电压了
问题五：如何自己DIY制作一个家用的发电机 成本有点恼火，技术也很难。建议买太阳能电池板+蓄电池+逆变器来做
自己做只能做光热发电，在一块铝板上涂黑，下面压住温差发电片，温差发电片下面是一块铝板，并把下面的铝板浸泡在水里。不过发的电少得可怜。
2、用太阳能热水器的热水+温差片：做一个热交换器，用热水加热上面的板，用冷水冷却下面的板，温差片是两面有温差就有电。
3、用热管+温差片
4、热管+氟利昂工质+热机+发电机（太阳能电厂的配置，个人做不了）
问题六：如何DIY自制简易发电机方法图解 如果是需要制作简单的发电机就好弄了
首先是必备的材料：导线，永磁磁铁，转子轴，轴承，是必备的材料
简单的制作方法
转子：永磁磁铁固定在转子轴上并使其磁极对数形成对称，外形成圆形
一般影响电压的就是磁场的强度大小，转子转速，磁极对数的多少
定子：将导线单一方向绕制在定子铁芯上，如使用类似市场电机的话绕制的方法不一样，现以最简单为例，导线的直径将影响发电电流，即发电机的功率，绕制的长度与圈数影响电压
另外定转子的材料需要使用能导磁的材料，最常见又最容易得到的就是铁，使用铁片叠加最好，定转子的间距影响导磁性能，也就是发电机的电压与功率都会有影响，不宜超过0.5毫米
这样就基本构成了一个发电机
使用动力带动转子旋转（旋转速度的高低与电压有关）就可以在导线的两端取得交流电压了
问题七：怎样制作简单磁铁发电机 工具/原料
漆包线(直径0.213毫米)
10厘米长的自行车辐条做转轴
2块高强度磁铁(被用胶粘在转轴正中)
发光二极管
胶卷盒
2段塑料吸管(防止转轴与线圈摩擦
步骤/方法
在胶卷盒上钻两个小孔，把转轴穿进去。其中一边要开一个豁口，不然转轴放不进去。
把两小段吸管塞进胶卷盒上的小孔里，让转轴能够在吸管内部自由转动。
漆包线在上面绕700圈。没有它们，转轴会被漆包线缠住，不能动弹。
把线圈两端的漆包线上的绝缘漆用小刀刮掉，分别缠在发光二极管的两个管脚上
转动转轴，磁铁在线圈内旋转，线圈内的磁通量发生变化，产生电流。
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问题八：怎样制作个简单的发电机 他的 原理是 什么 将机械能转变成电能的电机。通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。小型发电机也有用风车或其他机械经齿轮或皮带驱动的。
发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率，也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。异步发电机由于没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但是不能向负载提供无功功率，而且还需要从所接电网中汲取滞后的磁化电流。因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联，或者并接相当数量的电容器。这限制了异步发电机的应用范围，只能较多地应用于小型自动化水电站。城市电车、电解、电化学等行业所用的直流电源，在20世纪50年代以前多采用直流发电机。但是直流发电机有换向器，结构复杂，制造费时，价格较贵，且易出故障，维护困难，效率也不如交流发电机。故大功率可控整流器问世以来，有利用交流电源经半导体整流获得直流电以取代直流发电机的趋势。
同步发电机按所用原动机的不同分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机 3种。它们结构上的共同点是除了小型电机有用永久磁铁产生磁场以外，一般的磁场都是由通直流电的励磁线圈产生，而且励磁线圈放在转子上，电枢绕组放在定子上。因为励磁线圈的电压较低，功率较小，又只有两个出线头，容易通过滑环引出；而电枢绕组电压较高,功率又大，多用三相绕组,有3个或4个引出头，放在定子上比较方便。发电机的电枢(定子)铁心用硅钢片叠成，以减少铁耗。转子铁心由于通过的磁通不变，可以用整体的钢块制成。在大型电机中，由于转子承受着强大的离心力，制造转子的材料必须选用优质钢材。
发电机
1. 概述
电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。
发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。
发电机的分类可归纳如下：
发电机 { 直流发电机、交流发电机 { 同步发电机、异步发电机(很少采用)
交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。
2. 结构及工作原理
发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。
定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。
转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。
由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。
汽轮发电机与汽轮机配套的发电机。为了得到较高的效率，汽轮机一般做成高速的，通常为3000转／分（频率为50赫）或3600转／分（频率为60赫）。核电站中汽轮机转速较低,但也在1500转/分以上。高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子。特别是在3000转／分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过 1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动......>>
问题九：如何制作世界上最最简易的发电机 满意答案热心问友2011-11-17手摇发电机制作，一、准备材料马达一个、一支铅笔、象皮筋一根，电线两根、木板两块、圆规一个、粗铁丝一根。二、制作用铅笔做成小皮带轮穿在马达铁芯轴上、把其中一块木板做成大皮带轮，放在支架上，在把马达固定在木板上，与大轮子对称，用皮筋套在大小轮子槽中，用铁丝做一个摇把，找一个LED灯与马达连接。三、摇动摇把，小灯泡亮了，就表示发电机发出电。OK！ 那你说哪一个地方不够详，我好补充 对不起！用的是手机，没有上传功能。不过只要按我说的方法做，就可了。
事关安全不容轻视 车载逆变器使用分享
逆变器基本原理及选择 出门在外的长途手机没电了，只有普通充电器，或者笔记本电脑因为生意即将“罢工”，怎么办？这个时候很多朋友会抱怨，嘿，我是屌丝，车是屌丝，原厂没有配备220V电源。确实，目前配备220V电源的轿车或SUV还不到30万辆，这不仅仅是为了车型之间开班，也是为了成本。但是相信很多朋友这个时候都会说，难道没有汽车逆变器吗？是的，车载逆变器可以解决普通小家电的用电问题，但是使用车载逆变器有很多注意事项，不一定大家都清楚。
众所周知，无论是什么档次的汽车，都会配备一个或多个12V的电源，我们通常用它作为点烟器或者一些行车记录仪等设备的电源。但是因为这个电源的电压很低，而且是DC，普通家庭自然不可能用220伏交流电。这个时候，你只需要花100多元买一台车载逆变器就可以解决小功率电器的使用问题。
●什么是变频器，它的工作原理是什么？
因为本文主要是针对如何使用车载逆变器进行讲解，重点讲解注意事项，帮助新手解决日常使用问题。所以在解释原理时，我们只做一个基本的介绍，请一些技术控制人员来理解。当然，如果你对电学这方面的知识不感兴趣，可以跳到下一个总结，直奔主题。
逆变器是将低压DC电力转换为高压交流高频电力的变压器。普通车用逆变器的基本工作原理是:先将车内12V低压DC转换成265V左右的高压DC，再将265V DC转换成220V、50Hz的正弦波交流。内部主要元件有逆变桥、滤波电路、振荡器、控制逻辑电路等。
●如何选择适合自己的变频器？
目前汽配城、各大电商、淘宝商家充斥着大量的各种逆变电源，便宜几十块钱，便宜几百甚至几千块钱。它能携带的最大功率从几十瓦到几百瓦不等。我们应该选择什么样的逆变器？
首先对于普通家庭用户来说，买一台最大功率限制为200W W的逆变器是完全够用的，因为大部分家用车的12V电源的保险都小于等于20A，也就是说最大允许230W左右的电器，而一些老款车型的保险允许的最大电流只有10A，所以在购买车载逆变器时不能盲目贪图大功率。目前大部分接12V电源的逆变器只能供150W以下的电器使用。
对于一些户外工作者和需要使用大功率电器的人来说，可以选择直接连接电池的逆变器。这种逆变器可以被500瓦甚至更高的电器使用，每转可以驱动1000瓦的小电机和一些摄影柔印盒。
至于变频器的档次，除了我们传统上看的做工材料和品牌之外。他们在表现上有不小的差别。目前市场上主要有输出纯正弦波和准正弦波的逆变器。其中纯正弦波逆变器价格比较高，基本都是500元起售，中端产品在1000元左右，但是性能非常稳定，一些高端产品输出的220V交流电质量甚至比我们日常用电量还要高。但像准正弦波或修正正弦波这样的方波逆变器，大多数情况下都能得到保证，属于性价比较高的一类逆变器，适合普通消费者购买。
至于正弦波和方波是什么，这是一个复杂的物理概念。本文主要分享变频器的日常使用。如果你对这方面的物理知识感兴趣，可以点击以下链接，了解更多什么是正弦波逆变器。至于购买时如何分辨自己购买的逆变器的输出波形，这个很简单。所售逆变器的连续输出功率和输出波形等数据将清楚地写在所有逆变器组件的规格参数表上。
普通逆变器用途及注意事项
●常用变频器的使用及使用注意事项
汽车12V电源保险能承受的最大电流不要太高。当然，这个没有统一的标准。在大多数情况下，每个汽车工厂将最大允许电流设计为15A或20A。也有少数车型，特别是一些老款，使用10A保险。所以我们在使用普通汽车使用的逆变器时，一定要知道我们汽车的12V汽车电源对应的保险允许有多少电流。不要盲目贪图大功率，使用功率过高的电器，除了车内的保险会烧毁，没有其他好处。
在日常生活中，我们的大多数数码产品，如手机、相机、电脑、平板电脑等。，充电需要很低的功率，很少超过100瓦，所以可以放心使用。然而，一些常用于公路旅行的加热设备，如吹风机、电热水瓶等。，通常都有很高的功率，而且它们总是在1000瓦以上，而且一定不能连接到车内的逆变器。
●使用时要小心，误操作有危险。
这时可能有朋友会担心，如果逆变器的电流过高，不仅会烧坏逆变器和车内12V电源的保险，还会烧坏车内其他电器或影响其他电器。一般来说，车内所有电器之前都是并联的，所以烧保险只会影响12V电源的使用，不会影响车内其他电器。
●使用前请务必查看您所购买产品的规格。
目前市场上卖的100元以上的逆变器受成本的影响，转换输出的220V交流波大部分不是绝对纯正弦波，而是修正正弦波或准正弦波。负面影响就是一些对充放电要求高的电器，比如镍镉电池，会有很大的影响。通常，使用镍镉电池的电气设备包括剃须刀、充电手电筒、移动电源等。大家一定要注意。
“不插式拔键点烟器模型先天性缺陷调查”
这是老生常谈了。很多“车龄大”的车在停车熄火后不会自动切断12V电源，后果可想而知。因为逆变器本身也是电能的消耗者，如果你的车关机后12V电源不停止，即使长时间停车后没有其他消耗者在逆变器上使用，逆变器本身也会消耗电池中的电量。
一些想在户外使用的大功率逆变器呢，大功率电器如何使用逆变器？其实并不难。当需要使用大功率电器时，直接将大功率电器专用逆变器接入汽车电池就足够了。使用时需要注意自己电池的容量，不要把电池里的电全部消耗掉，导致车辆无法正常点火。
●总结
逆变器作为一种不常见的车载设备，并不为很多车主所熟知。有些人只是听说，有些人认为买了一个价格适中的插件后，无论什么电器都可以使用，但他们不知道其中隐藏着许多安全隐患。作为普通的家庭用车用户，我们在日常生活中很少使用逆变器，因为很多时候，我们在给手机充电或者使用一些小家电的时候，直接连接车载12V电源就足够了。只有在长途公路旅行或一些特殊的时候，变频器才会以“应急消防员”的身份出现，但因为不常用，很难理解我身边发生过一些悲剧，比如变频器使用不当，在紧急情况下没有成功，反而烧坏了保险。希望大家通过这篇文章能够正确理解和使用变频器。 @2019
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