MATLAB双极式直流PWM可逆调速系统+power system模型库(8)
(6）直流电流采用不控整流时，电网功率因素比相控整流器高。
由于有以上优点直流PWM系统应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能中，已完全取代了V-M系统。为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。
3.2 双闭环调速系统的结构图
直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。
图3.2.1 双闭环调速系统的结构简化图
3.3 PWM控制的基本原理
与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。而基于转差频率间接矢量控制调速系统的研究所涉及到的逆变则为PWM逆变。所谓PWM控制就是对脉冲的宽度进行调试的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调试，来等效的获得所需的波形。
在采样控制理论中有一个重要的结论：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。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。下图a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，a图所示为矩形脉冲，b图所示为三角形脉冲，c图所示为正玄半波脉冲，但它们的面积都等于1，那么，当它们分别加在具有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为单位脉冲函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。
图3.3.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
分别将如图上图所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如下图a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如下图b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。此原理即为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。
图3.3.2 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，并把正弦半波 等分，看成 个相连的脉冲序列，各个宽度相等，但幅值不等；如果把上述脉冲序列用数量相等的矩形脉冲代替，矩形脉冲等幅但不等宽，中点和相应正玄波部分的中点重合，且使二者面积（冲量）相等，就可得到如下图所示的脉冲序列。这就是PWM波形。可以看出，脉冲宽度按正弦规律变化。这就是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。要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲宽度即可。
图3.3.3 用PWM波代替正弦半波
PWM波形分为等幅PWM波和不等幅PWM波，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，而当输入电源是交流电时，得到不等幅PWM波。不管是等幅PWM波和不等幅PWM波，都是基于面积等效原理来控制的，所以本质是相同的。
3.4 PWM逆变电路及其控制方法
PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，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。PWM逆变电路可分为电压型和电流型两种，目前实用的几乎都是电压型。