交-直-交變頻器的構(gòu)成和控制模式

3.3.1電壓源型三相逆變器3.3.2無源逆變電路的控制模式3.3交-直-交變頻器的構(gòu)成和控制模式交-直-交變頻器PWM基本原理PWM控制方法3.3.1電壓源型三相逆變器180度導(dǎo)電型各區(qū)間采用電容濾波直流電源為一電壓源電容濾波ABCO負(fù)載線電壓負(fù)載承受的相電壓

每個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通180電角度，任何時(shí)間有3個(gè)管道通。3.3.1電壓源型三相逆變器180度導(dǎo)電型線電壓的波形180度導(dǎo)電型相電壓的波形線電壓基波成分的有效值（P88公式3.11）線電壓基波成分的有效值（P88公式3.9）3.3.1電壓源型三相逆變器120度導(dǎo)電型各區(qū)間晶閘管導(dǎo)通情況和各相電壓、線電壓的數(shù)值。每個(gè)管道通的電角度為120度，任何瞬間有2個(gè)開關(guān)管道通。ABCO3.3.1電壓源型三相逆變器120度導(dǎo)電型相電壓的波形120度導(dǎo)電型線電壓的波形3.3.1電流源型三相逆變器電流源型變頻器的主電路結(jié)構(gòu)采用電感濾波每個(gè)開關(guān)管串聯(lián)一個(gè)二極管，確保電流的單方向流動(dòng)(電流源的電流流動(dòng)方向不能變化)3.3.1電流源型三相逆變器舉例：在橋臂6、1導(dǎo)電時(shí)，線電流iC=0，負(fù)載電路相當(dāng)于ZBC和ZCA串聯(lián)后又與ZAB并聯(lián)，然后接于電源則流過ZAB的電流是ZBC和ZCA串聯(lián)支路的兩倍

。

設(shè)電路工作在120o導(dǎo)電方式，任何時(shí)刻有兩個(gè)功率管工作。波形圖：P91-923.3.2無源逆變電路的控制模式

PWM控制的理論基礎(chǔ)是沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。其中的沖量指窄脈沖的面積；效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。

前邊講的逆變，輸出信號(hào)的幅度是固定的,，要想得到幅度變化的逆變電源，需要調(diào)整直流電源的大小。如何根據(jù)要求生成功率管的控制信號(hào)，形成電壓或電流幅度可變的正弦信號(hào)？

PWM(脈寬調(diào)制)控制技術(shù)

PWM控制技術(shù)在無源逆變電路中應(yīng)用最廣，實(shí)際應(yīng)用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM基本原理思路：用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波，將正弦半波N等分，可看成N個(gè)彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等，若用矩形脈沖代替每一等份，脈沖將是等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等的，其寬度按正弦規(guī)律變化，這樣就得到了無源逆變電路中常見的SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。要改變電路輸出的等效正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM控制方法就是根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，進(jìn)而得到所需PWM波形。這種方法比較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。計(jì)算法如何根據(jù)正弦波生成PWM波形單極性SPWM控制方式和雙極性SPWM控制方式單極性SPWM控制方式：三角波載波信號(hào)uc與正弦波調(diào)制信號(hào)ur始終保持相同極性

控制原則：在Uc和Ur的交點(diǎn)處控制功率管的開通和關(guān)斷。VT1與VT2的工作狀態(tài)相反；VT3和VT4的工作狀態(tài)相反；在Ur的正半周，V1一直導(dǎo)通，V2一直關(guān)斷。當(dāng)Ur>uc時(shí)，給VT4開通信號(hào)，給VT3關(guān)斷信號(hào)，Uo=Ud；反之相反，Uo=0；Ur的負(fù)半周，V1一直關(guān)斷，V2一直導(dǎo)通。當(dāng)Ur<uc時(shí)，給VT3開通信號(hào)，給VT4關(guān)斷信號(hào)，Uo=-Ud；反之相反，Uo=0；二極管的作用：續(xù)流調(diào)制波調(diào)制法

使用等腰三角波uc作為載波信號(hào)，期望的正弦波作為調(diào)制ur信號(hào)。調(diào)制電路實(shí)際上是一個(gè)電壓比較器。根據(jù)三角波和調(diào)制信號(hào)大小的不同，輸出高電平和低電平。

單極性SPWM控制方式和雙極性SPWM控制方式雙極性SPWM控制方式，三角波載波信號(hào)和正弦波調(diào)制信號(hào)的極性均為正負(fù)交替改變。

雙極性

調(diào)制波控制原則：與單極性相同。當(dāng)Ur>uc時(shí)，給V1和V4開通信號(hào)，給V2、V3關(guān)斷信號(hào)，Uo=Ud；反之，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)，給V2、V3開通信號(hào)，Uo=-Ud；二極管的作用：續(xù)流3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM控制方法對(duì)于三相橋式逆變器，如圖左圖所示。三相的PWM控制電路公用一個(gè)三角波載波uc，三相的調(diào)制信號(hào)urA、urB和urC依次相差120。三相PWM控制控制方法：上下兩個(gè)橋臂的信號(hào)互補(bǔ)（以A相為例）：當(dāng)UrA>Uc,給V1導(dǎo)通控制信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，UaN’=Ud/2；當(dāng)UrA<Uc,給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)，UaN’=-Ud/2。同理可以畫出UbN’和UcN‘.線電壓確定：用KVL定律求出UAB(UAB+UbN’=UaN’)相電壓確定：（1）第一個(gè)藍(lán)點(diǎn)之前，上邊三個(gè)晶閘管通，UAN=0，UBN=0

，故UAB=0；（2）第1和2個(gè)藍(lán)點(diǎn)之間：1、5、6通，UAN=Ud/3，UBN=-2Ud/3

，故UAB=Ud；（3）第2和3個(gè)藍(lán)點(diǎn)之間，4、5、6通，UAN=-Ud/3=UAN

；故UAB=0（4）第3和4個(gè)藍(lán)點(diǎn)之間，2、4、6通，UAN=-0=UAN,故UAB=0；（5）第4和5個(gè)藍(lán)點(diǎn)之間，4、5、6通，UAN=-Ud/3…..；依次類推，可得到圖（左圖中多畫出的是UaN’）3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM控制方法（2）不存在120度導(dǎo)通或者180度導(dǎo)通型的說法，導(dǎo)通次序不象以前那樣有規(guī)律可循。相電壓確定：第一個(gè)藍(lán)點(diǎn)之前，1、3、5通；第1和2個(gè)藍(lán)點(diǎn)之間：1、5、6通；第2和3個(gè)藍(lán)點(diǎn)之間，4、5、6通；第3和4個(gè)藍(lán)點(diǎn)之間，2、4、6通；第4和5個(gè)藍(lán)點(diǎn)之間，4、5、6通…..（1）控制方法：上下兩個(gè)橋臂的信號(hào)互補(bǔ)，為防止上下橋臂的直通而造成短路，需要留一小段上下橋臂都關(guān)斷的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要有開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間確定。死區(qū)時(shí)間的輸出會(huì)影響PWM，使的輸出偏離正弦波；補(bǔ)充：3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM控制方法異步調(diào)制：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的方式。通常載波信號(hào)頻率fc固定不變，調(diào)制波信號(hào)頻率fr變化，載波比N是變化的。特點(diǎn)：（1）當(dāng)在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。（3）是載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式。缺點(diǎn)：當(dāng)N比較小時(shí)，不利于模擬正弦波（對(duì)稱性較差），所以一般情況下N比較大。載波比N：載波信號(hào)頻率fc/調(diào)制信號(hào)頻率fr。

根據(jù)載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)是否同步（時(shí)間軸上不是同時(shí)開始）以及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM控制方法同步調(diào)制同步調(diào)制是指載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的調(diào)制方式。特點(diǎn)：（1）當(dāng)fr變化時(shí)N不變，信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖個(gè)數(shù)不變。（2）N如何取？取為3的整數(shù)倍數(shù)，并且取為奇數(shù)。

N應(yīng)該被3整除，這樣三相可以相差整數(shù)倍，保證三相對(duì)稱；N取為奇數(shù)保證PWM波的對(duì)稱（正半周兩個(gè)四分之一周期對(duì)稱、負(fù)半周兩個(gè)四分之一周期也對(duì)稱）。(右圖中N=9)。缺點(diǎn)：（1）fr頻率很低時(shí)，fc也很低，由于調(diào)制帶來的諧波不容易消除；（2）fr頻率很高時(shí)，fc也很高，使開關(guān)器件難以忍受。同步調(diào)制三相PWM波形對(duì)稱線一個(gè)完整周期3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM控制方法分段同步調(diào)制調(diào)制頻率和載波頻率的關(guān)系分段同步調(diào)制為了克服同步調(diào)制的缺點(diǎn)，實(shí)用中往往采用分段同步調(diào)制的方式。把fr范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段N不同。在fr高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高；在fr低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低。為了防止fc在切換點(diǎn)附近來回的跳動(dòng)，采用類似滯回比較器的方法來控制切換載波比。3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM控制方法（利用微機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)）

問題，已經(jīng)知道Uc和Ur表達(dá)式，求出對(duì)應(yīng)的切換控制時(shí)間點(diǎn)（以圖中的兩個(gè)藍(lán)色點(diǎn)為例）方法1:解方程-自然采樣法依據(jù)Ur和Uc的表達(dá)式，計(jì)算高電平持續(xù)的脈沖寬度3.3.2無源逆變電路的控制模式——PWM控制方法（利用微機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)）