第六章：無源逆變

2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-1第6章無源逆變電路2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-2概述無源逆變直流交流（向負(fù)載直接供電）無源逆變電路簡稱逆變電路

通常由全控器件構(gòu)成逆變與變頻逆變電路經(jīng)常與變頻的概念聯(lián)系在一起變頻電路：交交變頻和交直交變頻兩種交直交變頻由交直變換和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-3

無源逆變技術(shù)的應(yīng)用直流電源如蓄電池、干電池和太陽能電池逆變電路交流負(fù)載供電直流電源給交流負(fù)載供電2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-4交流電源：如列車照明、感應(yīng)加熱電源、電解電鍍電源、不停電電源（UPS）、高頻焊機(jī)、高頻電子鎮(zhèn)流器和航空電源等。

無源逆變技術(shù)的應(yīng)用交流調(diào)速系統(tǒng)：如鐵道牽引、大型工礦機(jī)車、城市有軌交通（地鐵和輕軌車）、礦井提升設(shè)備等。RO1BrakeControl+24VBrakeResistor2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-5無源逆變器的基本類型按電路結(jié)構(gòu)分類橋式零式按輸出相數(shù)分類單相多相按調(diào)制方法分類☆PWM（脈沖寬度調(diào)制）PAM（脈沖寬度調(diào)制）方波、階梯波按開關(guān)器件導(dǎo)通的角度分類180

導(dǎo)電型120

導(dǎo)電型2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-6逆變器的基本類型（續(xù)）按直流側(cè)電源的性質(zhì)分類（常用此分類）☆電壓型逆變器

電流型逆變器直流側(cè)電源為準(zhǔn)恒壓源直流側(cè)電源為準(zhǔn)恒流源2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-7本章內(nèi)容6.1

無源逆變電路的原理6.3三相逆變器工作原理6.4PWM技術(shù)6.5其它PWM控制方法6.6三電平逆變器的原理2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-8要求及重點(diǎn)要求：了解無源逆變電路的分類；掌握電壓型逆變電路的工作原理、特點(diǎn)；掌握三相電壓型逆變電路的結(jié)構(gòu)、方波控制情況下工作原理分析、電壓波形、電流波形；了解三相電流型逆變電路的結(jié)構(gòu)；掌握電壓型逆變電路與電流型逆變電路的特點(diǎn)比較；理解方波控制逆變器的缺點(diǎn)；掌握SPWM技術(shù)。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-9要求及重點(diǎn)重點(diǎn)：三相電壓型逆變電路的工作原理和特點(diǎn)、正弦脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM技術(shù)）。難點(diǎn)：脈寬調(diào)制技術(shù)、分頻比的選取對逆變器輸出電壓的影響。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-106.1無源逆變電路的原理一、單相半橋逆變電路(電壓型)1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理/波形分析T1導(dǎo)通、T2截止：Uan=Ud/2T1截止、T2導(dǎo)通：Uan=-Ud/22024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-11由工作原理/波形分析得到的結(jié)論☆①T1、T2輪流導(dǎo)通，使直流交流②改變T1、T2的切換頻率，便可改變輸出交流電的頻率——變頻。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-12③與輸出電壓同方向的電流流過開關(guān)管T，反方向的電流流過二極D，因此在電壓型逆變器中二極D是不可少的，它提供了反向電流通路，故稱為反饋二極管。同時(shí)D又起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，因此又稱為續(xù)流二極管。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-13④T1、T2不能同時(shí)導(dǎo)通，否則將出現(xiàn)直流電源短路——貫穿短路。因此電壓型逆變器同一橋臂上、下管的控制必須遵循“先斷后開”原則。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-14一、單相半橋逆變電路（續(xù)）3、基本關(guān)系輸出電壓有效值輸出電壓表達(dá)式基波電壓有效值電感負(fù)載電流峰值R-L負(fù)載電流基波分量2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-15二、單相全橋逆變電路(電壓型)1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理/波形分析T1、T4導(dǎo)通，T2、T3截止：Uan=UdT1、T4截止，T2、T3導(dǎo)通：Uan=-Ud2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-16單相全橋逆變電路（續(xù)）3、基本關(guān)系輸出電壓表達(dá)式基波電壓有效值電感負(fù)載電流峰值R-L負(fù)載電流其中2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-176.3三相逆變器的工作原理一、三相電壓型逆變器

負(fù)載連接方式Δ型連接Y型連接（一）電路結(jié)構(gòu)

通常由全控器件組成2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-181、功率器件的控制規(guī)律導(dǎo)通順序六個(gè)階段，依次相差60

任何時(shí)刻有三個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通各管導(dǎo)通180

（二）工作原理（以180

導(dǎo)電型方波控制為例）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-19

1800導(dǎo)電型工作原理分析（續(xù)）2、各階段的等值電路及電壓值2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-201800導(dǎo)電型工作原理分析（續(xù)）3、電壓波形相電壓波形（六階梯波）線電壓波形（矩形波）電壓型逆變器☆：①輸出電壓波形與負(fù)載性質(zhì)（負(fù)載阻抗角）無關(guān)。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-211800導(dǎo)電型工作原理分析（續(xù)）4、電壓表達(dá)式相電壓表達(dá)式線電壓表達(dá)式電壓型逆變器方波控制時(shí)☆：①輸出電壓中含有大量的諧波分量，特別是

5、7、11、13次諧波！2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-221800導(dǎo)電型工作原理分析（續(xù)）5、電壓表達(dá)式（續(xù)）相電壓有效值線電壓有效值電壓型逆變器方波控制時(shí)☆：②交流輸出電壓與直流側(cè)電壓的關(guān)系固定，即方波控制電壓型逆變器本身不能調(diào)節(jié)輸出電壓。若想調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓，只有通過調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓才能實(shí)現(xiàn)。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-23二、三相電流型逆變器工作原理1、電路結(jié)構(gòu)：電流型逆變器☆：①帶感性負(fù)載時(shí)，輸出側(cè)必須接電容以吸收換流時(shí)負(fù)載電感中存置的能量。②橋臂必須是“逆阻型”橋臂。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-24三相電流型逆變器工作原理（續(xù)）2、工作原理及主要波形（以1200導(dǎo)電方式為例）功率器件的控制規(guī)律2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-25三相電流型逆變器工作原理（續(xù)）2、工作原理及主要波形線電流波形負(fù)載Δ型連接時(shí)的相電流波形電流型逆變器☆：③輸出電流波形與負(fù)載性質(zhì)（負(fù)載阻抗角）無關(guān)！2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-26三相電流型逆變器工作原理（續(xù)）3、線電流表達(dá)式基波電流的幅值為基波電流有效值為線電流的有效值為2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-27三相電流型逆變器工作原理（續(xù)）負(fù)載Δ型連接時(shí)的相電流表達(dá)式電流型逆變器方波控制時(shí)☆：①輸出電流中含有大量的諧波分量，特別是5、7、11、13次諧波！②交流輸出電流與直流側(cè)電流的關(guān)系固定，即方波輸出電流型逆變器本身不能調(diào)節(jié)輸出電流。若想調(diào)節(jié)逆變器輸出電流，則只有通過調(diào)節(jié)直流側(cè)電流方式實(shí)現(xiàn)。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-28課堂思考

1、在電壓型逆變器中，同一橋臂上的上、下開關(guān)管是否允許同時(shí)導(dǎo)通？2、在電壓型逆變器中，為什么開關(guān)管兩端要反并二極管？3、判斷對錯(cuò)：（1）電壓型無源逆變電路①輸出電壓與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)②輸出電流與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)③直流側(cè)電流有脈動④上、下橋臂的控制需遵循“先斷后開”的原則2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-29小結(jié)1、電壓型逆變器與電流型逆變器特點(diǎn)比較☆：直流側(cè)電路橋臂結(jié)構(gòu)橋臂控制交流輸出電路2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-30電壓型逆變器與電流型逆變器特點(diǎn)比較☆：電壓型電流型直流側(cè)電路直流側(cè)并大電容，相當(dāng)于電壓源，直流側(cè)電容起濾波和緩沖負(fù)載無功的作用直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源，直流側(cè)電感起濾波和緩沖負(fù)載無功的作用橋臂結(jié)構(gòu)“逆導(dǎo)型”橋臂“逆阻型”橋臂2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-31電壓型電流型橋臂控制上、下橋臂的控制需遵循“先斷后開”的原則，并留有足夠的死區(qū)時(shí)間，以防橋臂貫穿短路相鄰橋臂的控制需遵循“先開后斷”的原則，以防負(fù)載開路交流輸出電路輸出端不能并接電容，以防輸出端過電流輸出端必須并接電容，以吸收感性負(fù)載換流時(shí)電感上存置的電能2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-32小結(jié)2、電壓型逆變器在方波控制時(shí)的缺點(diǎn)☆：①輸出電壓中含有大量的諧波分量，特別是

5、7、11、13次諧波！②交流輸出電壓與直流側(cè)電壓的關(guān)系固定，即方波控制電壓型逆變器本身不能調(diào)節(jié)輸出電壓。若想調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓，只有通過調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓，即通過PAM控制方式才能實(shí)現(xiàn)。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-33關(guān)于PWM的若干問題1、逆變器控制為什么要采用PWM技術(shù)？（方波控制逆變器的問題——諧波問題、調(diào)壓問題）2、為什么可以用一組脈沖波來等效正弦波呢？（PWM的理論基礎(chǔ)——沖量等效原理）6.4PWM技術(shù)PWM波2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-343、如何等效？（SPWM的基本原理）4、如何得到SPWM波形？（SPWM的實(shí)現(xiàn)方法——離線計(jì)算法、調(diào)制法——單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制）5、調(diào)制法的正弦等效效果如何？（SPWM的基波電壓問題——分頻比N越大，逆變器的輸出波形越接近正弦。）6、對脈寬調(diào)制的制約條件。關(guān)于PWM的若干問題2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-357、在變頻過程中如何改變分頻比N？（同步調(diào)制、異步調(diào)制問題）8、如何生成SPWM波形？（SPWM的實(shí)現(xiàn)手段）關(guān)于PWM的若干問題2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-36１、方波控制逆變器的輸出電壓表達(dá)式相電壓表達(dá)式線電壓表達(dá)式一、為什么要采用PWM技術(shù)？2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-37方波控制逆變器的輸出電壓表達(dá)式（續(xù)）相電壓有效值線電壓有效值2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-38２、方波控制逆變器的問題逆變器本身不能調(diào)節(jié)輸出量幅值輸出量中含有大量的5、7、11、13次諧波３、解決辦法——采用PWM控制技術(shù)2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-39二、PWM控制的理論基礎(chǔ)——沖量等效原理方波窄脈沖三角波窄脈沖單位沖擊函數(shù)正弦半波窄脈沖f(t)d

(t)tOa)b)c)d)tOtOtOf(t)f(t)f(t)

形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖沖量指窄脈沖的面積指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-40PWM控制的基本原理i(t)e(t)

實(shí)例電路輸入：e(t)電路輸出：i(t)2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-41三、正弦脈寬調(diào)制（SPWM）原理1、目標(biāo)函數(shù)——正弦電壓使脈沖列電壓的作用效果盡量接近正弦波電壓的作用效果2、基本原理（說明SPWM波與正弦波如何等效問題）

根據(jù)沖量等效（面積等效）原理，用一組幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖列來代替正弦波。按同一比例改變各脈沖的寬度即可改變等效正弦波的幅值。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-42SPWM波若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。正弦脈寬調(diào)制（SPWM）原理（續(xù)）如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波？2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-43四、SPWM的控制方法（說明SPWM波實(shí)現(xiàn)方法問題）依據(jù)SPWM的原理，離線計(jì)算法——根據(jù)輸出正弦波的頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)計(jì)算PWM波各脈沖的寬度和間隔。缺點(diǎn)：計(jì)算量大，繁瑣。調(diào)制法——將目標(biāo)函數(shù)（波形）作為調(diào)制信號，通過對載波的調(diào)制得到PWM波形。一般用等腰三角形波作為載波；根據(jù)輸出電壓波形的極性可分為單極性（或不對稱）調(diào)制和雙極性（或?qū)ΨQ）調(diào)制。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-44單極性調(diào)制載波——在半個(gè)周期內(nèi)三角載波只有一種極性（在調(diào)制波的正半周為+極性，在調(diào)制波的負(fù)半周為-極性）。開關(guān)管控制——正半周：T1導(dǎo)通，T4交替通斷（當(dāng)ur>uc時(shí)導(dǎo)通、ur<uc時(shí)關(guān)斷），T2、T3截止；負(fù)半周：T2導(dǎo)通，T3交替通斷（當(dāng)ur>uc時(shí)導(dǎo)通、ur<uc時(shí)關(guān)斷），T1、T4截止。逆變器輸出電壓——只有一種極性，正半周為+Ud和零，負(fù)半周為-Ud和零。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-45正弦脈寬調(diào)制（SPWM）原理（續(xù)）雙極性調(diào)制載波——在半個(gè)周期內(nèi)三角載波有兩種極性。開關(guān)管控制——同一橋臂上的兩個(gè)管子處于互補(bǔ)工作狀態(tài)。ur>uc時(shí)：T1

、T4導(dǎo)通，T2、T3截止，uo=UDur<uc時(shí)：T2

、T3導(dǎo)通，T1、T4截止，uo=-UD逆變器輸出電壓——有兩種極性，+Ud和-Ud。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-46在雙極性PWM控制方式中，同一橋臂的兩個(gè)管子是互補(bǔ)工作的。為了防止橋臂直通短路，必須在給一個(gè)管子施加關(guān)斷信號后，再延遲△t時(shí)間（死區(qū)時(shí)間），才能給另一個(gè)管子施加導(dǎo)通信號。延遲時(shí)間的長短主要由管子的關(guān)斷時(shí)間決定。這個(gè)延遲時(shí)間將會給輸出的PWM波形帶來影響，使其偏離正弦波。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-47與單極性調(diào)制相比，雙極性調(diào)制可以使逆變器有較高的利用率（較大的輸出電壓）。在相同載波比的條件下，單極性調(diào)制比雙極性調(diào)制有更好的諧波抑制效果。因?yàn)閱螛O性調(diào)制時(shí)輸出電壓波形的變化幅度為Ud

，而雙極性調(diào)制時(shí)輸出電壓波形的變化幅度為2Ud。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-48三相逆變器一般采用雙極性調(diào)制☆A(yù)相控制原理：當(dāng)ura>uc時(shí)，上橋臂T1導(dǎo)通，下橋臂T4關(guān)斷，uao=Ud/2；當(dāng)ura<uc時(shí)，T4導(dǎo)通，T1關(guān)斷，uao=-Ud/2。三相調(diào)制信號ura、urb和urc的相位依次相差120°。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-49定義載波頻率fc與調(diào)制波頻率fr之比為載波比（分頻比）N三相逆變器一般采用雙極性調(diào)制☆2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-50三相逆變器一般采用雙極性調(diào)制☆定義調(diào)制波與載波的幅值之比為調(diào)制比（調(diào)制深度）M2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-51五、SPWM波的基波電壓在電壓型逆變器輸出的SPWM電壓波形中對負(fù)載有用的只是基波電壓，諧波電壓在負(fù)載上產(chǎn)生諧波電流，只會給負(fù)載帶來負(fù)面影響，如產(chǎn)生諧波損耗、噪音、脈動轉(zhuǎn)矩。因此輸出電壓中基波電壓分量越大越好。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-52可以證明當(dāng)n（N）較大時(shí)，SPWM輸出電壓波形(uo)中的基波電壓與調(diào)制信號ur的幅值近似成正比，因此：調(diào)節(jié)調(diào)制信號ur的幅值便可控制輸出電壓基波的幅值☆。調(diào)節(jié)調(diào)制信號ur的頻率便可控制輸出電壓基波的頻率☆2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-53SPWM波的基波電壓SPWM脈沖的一般表達(dá)式：經(jīng)數(shù)學(xué)分析后得到的幾個(gè)結(jié)果和結(jié)論：（前提條件：n不太少→sin(

/2n)

/2nsin(

i/2)

i/2）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-54

結(jié)論一☆：輸出基波電壓幅值U1m與脈寬

i有關(guān)，因此改變調(diào)制信號ur的幅值可以改變各脈沖的寬度，實(shí)現(xiàn)對逆變器輸出電壓基波的平滑調(diào)節(jié)。

此結(jié)論說明了如何調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出電壓問題。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-55

結(jié)論二☆：脈沖寬度與該處正弦值近似成正比，因此輸出的SPWM波是兩側(cè)窄、中間寬、脈寬按正弦規(guī)律逐漸變化的序列脈沖波形。

此結(jié)論說明了用調(diào)制方法得到的SPWM輸出電壓脈沖是按正弦規(guī)律分布的。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-56U1m=Um

此結(jié)論進(jìn)一步說明了如何調(diào)節(jié)SPWM輸出電壓問題，并說明SPWM輸出電壓的作用效果與其基波分量的作用效果是一樣的。結(jié)論三☆：SPWM逆變器輸出的基波電壓與調(diào)制信號的幅值乘正比，該基波電壓與被等效的正弦波電壓相等。

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長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-57

由整個(gè)推導(dǎo)過程得結(jié)論四☆：一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)的脈沖數(shù)n越多，逆變器輸出波形越接近正弦。脈沖數(shù)n能無限多嗎？

此結(jié)論說明了SPWM輸出電壓與正弦電壓的等效效果與脈沖數(shù)n有關(guān)，即與載波比（分頻比）N有關(guān)，n越大，等效效果越好。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-581、器件的開通時(shí)間ton、關(guān)斷時(shí)間toff對調(diào)制比M的限制（最小脈寬與最小間歇的限制）：

為保證主電路開關(guān)器件的安全工作，必須使調(diào)制成的脈沖波有個(gè)最小脈寬與最小間歇的限制，以保證最小脈沖寬度大于開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間ton，而最小脈沖間歇大于器件的關(guān)斷時(shí)間toff。因此對M有限制：

M在0~1之間，實(shí)際上小于1。

六、對脈寬調(diào)制的制約條件☆

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長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-592、器件開關(guān)頻率對分頻比N的限制：為了使逆變器的輸出波形盡量接近正弦波，應(yīng)盡可能增大N

，但N必須滿足下列條件既然分頻比N受到限制，那么在調(diào)制信號頻率變化時(shí)應(yīng)如何改變N才能保證好的正弦效果呢？2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-60七、同步調(diào)制與異步調(diào)制☆

根據(jù)調(diào)頻過程中載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式可分為異步調(diào)制、同步調(diào)制和分段同步調(diào)制。1、異步調(diào)制——載波信號和調(diào)制信號不同步變化的調(diào)制方式，通常保持fc固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比N是變化的。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-61異步調(diào)制特點(diǎn)：波形對稱性差——在調(diào)制波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱；當(dāng)fr較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小——低頻運(yùn)行區(qū)的特性相對較好；當(dāng)fr增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的不利影響變大——高頻運(yùn)行區(qū)的特性相對較差。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-622、同步調(diào)制——載波信號和調(diào)制信號保持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時(shí)使載波與信號波保持同步，即N等于常數(shù)。

同步調(diào)制三相PWM波形要求：三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱。特點(diǎn)：高頻運(yùn)行區(qū)特性好；低頻運(yùn)行區(qū)特性差。同步調(diào)制與異步調(diào)制（續(xù)）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-63分段同步調(diào)制方式舉例

3、分段同步調(diào)制——異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用討論：把整個(gè)fr范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段的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(diǎn)附近來回跳動，采用滯后切換的方法結(jié)論：同步調(diào)制比異步調(diào)制復(fù)雜，但用微機(jī)控制時(shí)容易實(shí)現(xiàn)可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，和分段同步方式效果接近同步調(diào)制與異步調(diào)制（續(xù)）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-64八、SPWM波形生成方式

（說明SPWM波實(shí)現(xiàn)手段問題）（一）模擬控制生成方式

特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性好，但控制電路復(fù)雜，可靠性差2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-65（二）數(shù)字控制生成方式專用芯片生成：控制電路簡單、可靠且實(shí)時(shí)性好。用微機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算生成SPWM控制信號：關(guān)鍵問題是如何快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出脈沖寬度。這主要取決于脈沖寬度計(jì)算方法和微機(jī)的計(jì)算速度。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-66脈沖寬度經(jīng)典計(jì)算方法介紹1、基本概念自然采樣法：按照正弦調(diào)制波與三角載波的自然交點(diǎn)，采集脈沖前、后沿時(shí)刻，生成SPWM波形，叫做自然采樣法。（NaturalSampling）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-67脈沖寬度經(jīng)典計(jì)算方法介紹（續(xù)）規(guī)則采樣法：按照某種規(guī)則采集脈沖前、后沿時(shí)刻，生成SPWM波形，叫做規(guī)則采樣法（RegularSampling）。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-68脈沖寬度經(jīng)典計(jì)算方法介紹（續(xù)）2、自然采樣法脈寬計(jì)算超越方程，求解困難！雖能確切反映正弦脈寬調(diào)制的原始方法，卻不適于微機(jī)實(shí)時(shí)控制。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-69脈沖寬度經(jīng)典計(jì)算方法介紹（續(xù)）3、規(guī)則采樣法II脈寬計(jì)算規(guī)則采樣法的實(shí)質(zhì)是用階梯波來代替正弦波，從而簡化了算法，適合微機(jī)實(shí)時(shí)控制。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-70電流跟蹤控制PWM（續(xù)）電流滯環(huán)跟蹤控制的原理設(shè)定參考電流i*環(huán)及環(huán)寬2h將實(shí)際電流i與參考電流i*比較根據(jù)比較結(jié)果控制上、下橋臂

2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-71電流跟蹤控制PWM（續(xù)）電流滯環(huán)跟蹤控制的特點(diǎn)屬于閉環(huán)控制（跟蹤型PWM控制的共同特點(diǎn)）電流控制的精度與滯環(huán)比較器的環(huán)寬有關(guān)環(huán)寬大：諧波電流分量大，器件工作頻率低；環(huán)寬小：諧波電流分量小，器件工作頻率高。開關(guān)頻率不固定與SPWM控制相比電流響應(yīng)快控制電路簡單2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-72電流跟蹤控制PWM（續(xù)）影響開關(guān)頻率的因素

開關(guān)頻率fs與環(huán)寬2h成反比;

負(fù)載電感L越大，fs越??；直流側(cè)電壓Ud值越大，fs越大;

參考電流i*的變化率越大，fs越??；負(fù)載反電勢Ea越大，fs越小。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-73電流跟蹤控制PWM（續(xù)）最大的開關(guān)頻率發(fā)生在Ea=0（電機(jī)堵轉(zhuǎn)）且參考電流i*的變化率為零的時(shí)刻，此時(shí)

為了在功率器件的允許開關(guān)頻率范圍內(nèi)得到較好的電流波形，派生出了很多種電流跟蹤控制方法，這些控制方法的實(shí)質(zhì)是：使任何時(shí)刻實(shí)際開關(guān)頻率盡可能達(dá)到最大設(shè)計(jì)值。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-74二、電壓空間矢量PWM控制（磁鏈軌跡控制）

目標(biāo)函數(shù)——圓型磁通軌跡SPWM控制主要著眼于使逆變器輸出電壓盡量接近正弦波，至于電流波形，則還會受負(fù)載參數(shù)的影響。電流跟蹤控制則直接著眼于輸出電流是否按正弦變化，這比只考察輸出電壓波形要進(jìn)了一步。三相異步電機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在空間產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。電壓空間矢量PWM控制就是以產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制三相逆變器的輸出電壓。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-751、如何實(shí)現(xiàn)磁鏈軌跡控制？▲對異步電動機(jī)：磁鏈?zhǔn)噶渴请妷菏噶康姆e分，因此通過控制電機(jī)定子電壓矢量的大小、作用方向、作用時(shí)間就可以控制電機(jī)的磁鏈?zhǔn)噶俊ｋ妷嚎臻g矢量PWM控制（磁鏈跟蹤控制）（續(xù)）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-762、什么是電壓空間矢量？

所謂空間矢量是根據(jù)電機(jī)繞組的空間位置來定義的。在垂直于電動機(jī)軸的一個(gè)平面上，取電機(jī)定子三相繞組的軸線（它們在空間互差120度），把三相系統(tǒng)中的三個(gè)時(shí)間變量（電壓）看成是分別位于三相繞組軸線上的三個(gè)矢量uA0、uB0和uC0，其方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時(shí)間變化。三個(gè)電壓矢量相加，就成為合成空間矢量us，它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量。uA0uSuB0uC0電壓空間矢量PWM控制（磁鏈跟蹤控制）（續(xù)）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-77電壓空間矢量PWM控制（磁鏈跟蹤控制）（續(xù)）三相電壓型逆變器共有8種工作狀態(tài)，即共有8種電壓空間矢量，即：2種零電壓矢量和6種非零電壓矢量。uS1uS2uS3uS4uS5uS6uS0uS7uA0uSuB0uC0us1100(612通)us2110(123通)us3010(234通)us4011us5001us6101us7111us00002024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-78電壓空間矢量PWM控制（磁鏈跟蹤控制）（續(xù)）３、磁鏈的運(yùn)動方向與電壓空間矢量的方向一致方波控制時(shí)的磁鏈軌跡正弦電壓作用下的磁鏈軌跡2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-7918脈沖開關(guān)模式電壓空間矢量PWM控制（磁鏈跟蹤控制）（續(xù)）PWM控制時(shí)的磁鏈軌跡2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-8030脈沖開關(guān)模式電壓空間矢量PWM控制（磁鏈跟蹤控制）（續(xù)）PWM控制時(shí)的磁鏈軌跡2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-81PWM控制技術(shù)總結(jié)PWM控制技術(shù)在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它推動了電力電子技術(shù)的發(fā)展諧波消除PWM技術(shù)（即波形控制）在晶閘管逆變器上用得較多，在開關(guān)頻率不高的情況下它消除了危害最嚴(yán)重的諧波電流跟蹤控制PWM技術(shù)要求功率開關(guān)器件具有較高的開關(guān)頻率，通常只用在IGBT逆變器上。電壓空間矢量PWM控制（磁鏈跟蹤控制）（續(xù)）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-82PWM控制技術(shù)總結(jié)SPWM技術(shù)和電壓空間矢量PWM技術(shù)是目前最常用的PWM技術(shù)，相比而言，電壓空間矢量PWM技術(shù)更有發(fā)展前途。

重點(diǎn)掌握SPWM技術(shù)電壓空間矢量PWM控制（磁鏈跟蹤控制）（續(xù)）2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-836.7三電平逆變器前面所介紹的三相逆變電路其輸出電壓只有兩種電平兩電平逆變器2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-84三電平逆變器原理輸出有三個(gè)電平，故稱三電平逆變器2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-85三電平逆變電路（續(xù)）Nabae電路T11

、T12導(dǎo)通：UAo=Ud/2T41

、T42導(dǎo)通：

UAo=-Ud/2D7

、T12

或D8

、T41

導(dǎo)通：UAo=02024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-86Nabae電路1、T11、T12有驅(qū)動信號；T41、T42無驅(qū)動信號電流通路如下：①正向電流通路：DC+→T11

→T12

→A②反向電流通路：

A→D12→D11→DC+UAo=Ud/22024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-87Nabae電路2、T41、T42有驅(qū)動信號；T11、T12無驅(qū)動信號UAo=-Ud/2，電流通路如下：①正向電流通路：A→T41→T42→DC-②反向電流通路：DC-→D42

→D41

→AUAo=-Ud/22024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-88Nabae電路3、T12、T41有驅(qū)動信號；T11、T42無驅(qū)動信號電流通路如下：①正向電流通路：O→D7

→T12

→A

②反向電流通路：A→T41→D8→OUAo=02024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-89三相三電平逆變器2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-902024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-912024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-92三電平逆變電路的特點(diǎn)更適合于大容量、高電壓的場合。可以產(chǎn)生階梯數(shù)目更多更接近于正弦的輸出電壓波形，減小諧波含量。由于開關(guān)動作引起的du/dt，理論上只有傳統(tǒng)兩電平逆變器的1/2，因此產(chǎn)生的電磁干擾大大降低。消除同樣的諧波，兩電平逆變器采用PWM控制所需要的開關(guān)頻率較高，開關(guān)損耗大，而采用多電平逆變器只需較小的開關(guān)頻率，損耗小、效率高。開關(guān)數(shù)量多，成本高，控制較復(fù)雜。2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-93課堂思考

1、單選圖示電路為①電壓型三電平逆變器②電壓型兩電平逆變器③電流型三電平逆變器④電流型兩電平逆變器2024/3/11

長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院6-94本章總結(jié)1、無源逆變：直流交流（向負(fù)載直接供電）

2、了解無源逆變電路的分類。3、掌握電壓型逆變電路的工作原理、特點(diǎn)。4、掌握三相電壓型逆變電路的結(jié)構(gòu)、方波控制情況下工作原理分析、電壓波形、電流波形；

了解三相電流型逆變電路的結(jié)構(gòu)；

掌握電壓型逆變電路與電流型逆變電路的特點(diǎn)比較。５、理解方波控制逆變器的缺點(diǎn)。2024/3/11

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