第二節(jié)逆變電路及其控制方法

第二節(jié)逆變電路及其控制方法第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一7．2PWM逆變電路及其控制方法●目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術；●逆變電路是PWM控制技術最為重要的應用場合；●本節(jié)內容構成了本章的主體；●

PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一7.2.1計算法和調制法一．計算法●根據正弦波的頻率、幅值和半周期內脈沖的個數，準確計算出PWM波各脈沖的寬度和間隔，根據此計算來控制逆變電路開關器件的通斷，就可得到所需的PWM波形●用計算法非常繁瑣，當輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，計算的結果都要跟著變化。第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一7.2.1計算法和調制法二．調制法●用輸出波形作為調制信號，進行調制控制，從而得到期望的

PWM波；●通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波信號；等腰三角波應用最多，其任一點水平寬度和高度成線性關系且左右對稱；●載波信號波與任一平緩變化的調制信號波相交，在相交點來控制電力電子器件的通斷，可以得寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合PWM的要求；●

調制信號波為正弦波時，得到的就是SPWM波；●

調制信號是其他所需波形時，也能得到等效的PWM波。第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一圖7－5單極性PWM控制方式波形第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一舉例：結合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調制法進行說明●工作時V1和V2通斷互補，V3和V4通斷也互補；●

uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷；●

uo負半周，V2通，V1斷，V3和V4交替通斷；圖7-4單相橋式PWM逆變電路第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一三．控制規(guī)律：單極性PWM控制方式★

uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷●感性負載電流滯后電壓，

uo

正半周，io一段正，一段為負；●

io為正的區(qū)間，V1和V4導通時，uo＝Ud；●

V4關斷時，負載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo＝0

；圖7-4單相橋式PWM逆變電路第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一★

uo

負半周，V2通，V1斷，V3和V4交替通斷●io為負時V1和V4仍導通，io從VD1和VD4流過，uo=Ud

；●

V4

關斷V3

開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0

；●

uo總可得到Ud和零兩種電平●

uo可得－Ud

和零兩種電平圖7-4單相橋式PWM逆變電路★

uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一單極性PWM控制方式●

在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷●

ur正半周，V1保持通，

V2保持斷●當ur>uc

時使V4通，

V3斷，uo=Ud●

當ur<uc

時使V4斷，

V3通，uo＝0圖7-5單極性PWM控制方式波形uc載波信號ur調制信號第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一單極性PWM控制方式●

ur負半周，V1保持斷，

V2保持通；●

當ur>uc

時使V4通，

V3斷，uo＝0●

當ur<uc

時使V4斷，

V3通，uo＝－Ud●

虛線uof

表示uo的基波分量圖7-5單極性PWM控制方式波形uc載波信號ur調制信號第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一四．控制規(guī)律：雙極性PWM控制方式控制●

在調制波ur

的半個周期內，三角波載波uc有正有負，得到的

PWM波也有正有負；●

在ur一周期內，輸出PWM波只有±Ud兩種電平；●

仍在調制信號ur

和載波信號uc

的交點控制器件的通斷；●

ur正負半周，對各開關器件的控制規(guī)律與單極性控制相同；第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一四．控制規(guī)律：雙極性PWM控制方式●當ur>uc時：給V1和V4導通信號，給V2和V3關斷信號●如io>0

，V1和V4通，如io<0

，VD1和VD4通，

uo=Ud●當ur<uc時：給V2和V3導通信號，給V1和V4關斷信號●如io<0

，V2和V3通，如io>0

，VD2和VD3通，uo=－Ud第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一單相橋式電路既可采取單極性調制，也可采用雙極性調制圖7-6雙極性PWM控制方式波形第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一本節(jié)習題184頁習題1、習題2第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一雙極性PWM控制方式（三相橋逆變）圖6-7三相橋式PWM型逆變電路●三相的PWM控制公用三角波載波uc●三相的調制信號urU、urV和urW依次相差120°第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一U相的控制規(guī)律●當urU>uc時，給V1導通信號，給V4關斷信號，uUN’=Ud/2●當urU<uc時，給V4導通信號，給V1關斷信號，uUN’=-Ud/2●當給V1(V4)加導通信號時，可能是V1(V4)導通，也可能是VD1(VD4)導通第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一U相的控制規(guī)律●

uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2兩種電平●

uUV波形可由uUN’-uVN’得出，當1和6通時，uUV=Ud，當3和4通時，uUV=－Ud，當1和3或4和6通時，uUV=0圖6-8三相橋式PWM逆變電路波形第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一輸出PWM波形規(guī)律●

uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2兩種電平●

uUV波形可由uUN’-uVN’得出，當1和6通時，uUV=Ud，當3和4通時，uUV=－Ud，當1和3或4和6通時，uUV=0●輸出線電壓PWM波由±Ud和0三種電平構成●負載相電壓PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5種電平組成第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一防直通死區(qū)時間●同一相上下兩臂的驅動信號互補，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關斷信號的死區(qū)時間●死區(qū)時間的長短主要由開關器件的關斷時間決定●死區(qū)時間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波圖6-8三相橋式PWM逆變電路波形第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一特定諧波消去法圖6-9特定諧波消去法的輸出PWM波形●這是計算法中一種較有代表性的方法，如圖6-9●輸出電壓半周期內，器件通、斷各3次（不包括0和π），共6個開關時刻可控●為減少諧波并簡化控制，要盡量使波形對稱●首先，為消除偶次諧波，使波形正負兩半周期鏡對稱，即第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一特定諧波消去法●其次，為消除諧波中余弦項，應使波形在正半周期內前后1/4周期以π/2為軸線對稱（6－2）（6－3）同時滿足式（6-1）、（6-2）的波形稱為四分之一周期對稱波形，用傅里葉級數表示為式中，an為第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一圖6-9，能獨立控制a1、a

2和a

3共3個時刻。該波形的

an為式中n=1,3,5,…

確定a1的值，再令兩個不同的an=0，就可建三個方程，求得a1、a2和a3第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一消去兩種特定頻率的諧波在三相對稱電路的線電壓中，相電壓所含的3次諧波相互抵消，可考慮消去5次和7次諧波，得如下聯立方程：給定a1（即為希望輸出正弦波的幅值）

，解方程可得a1、a2和a3。a1變，a1、a2和a3也相應改變第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一一般，在輸出電壓半周期內器件通、斷各k次，考慮PWM波四分之一周期對稱，k個開關時刻可控，除用一個控制基波幅值，可消去k－1個頻率的特定諧波k越大，開關時刻的計算越復雜除計算法和調制法外，還有跟蹤控制方法，在6.3節(jié)介紹第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一6.2.2異步調制和同步調制載波比——載波頻率fc(如三角波)與調制信號頻率fr(如正弦波)之比，N=fc/fr根據載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調制方式分為異步調制和同步調制第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一6.2.2異步調制和同步調制1.異步調制異步調制—載波信號和調制信號不同步的調制方式通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比N是變化的在信號波的半周期內，PWM波的脈沖個數不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內前后1/4周期的脈沖也不對稱當fr較低時，N較大，一周期內脈沖數較多，脈沖不對稱產生的不利影響都較小當fr增高時，N減小，一周期內的脈沖數減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一6.2.2異步調制和同步調制2.同步調制同步調制——N等于常數，并在變頻時使載波和信號波保持同步基本同步調制方式，fr變化時N不變，信號波一周期內輸出脈沖數固定三相電路中公用一個三角波載波，且取N為3的整數倍，使三相輸出對稱為使一相的PWM波正負半周鏡對稱，N應取奇數fr很低時，fc也很低，由調制帶來的諧波不易濾除fr很高時，fc會過高，使開關器件難以承受第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一圖6-10同步調制三相PWM波形第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一分段同步調制(圖6-11）把fr范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內保持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防止fc在切換點附近來回跳動，采用滯后切換的方法同步調制比異步調制復雜，但用微機控制時容易實現可在低頻輸出時采用異步調制方式，高頻輸出時切換到同步調制方式，這樣把兩者的優(yōu)點結合起來，和分段同步方式效果接近第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一分段同