第四章變換器無源逆變電路演示文稿

第四章變換器無源逆變電路演示文稿當(dāng)前1頁，總共74頁。優(yōu)選第四章變換器無源逆變電路當(dāng)前2頁，總共74頁。這不僅使電路結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜化，而且因電壓與頻率的不同控制響應(yīng)將導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)變慢，這主要是由于直流側(cè)的儲能慣性會使可控整流電路的輸出電壓響應(yīng)遠(yuǎn)慢于逆變器的輸出頻率響應(yīng)。對于要求輸出正弦波電壓的電壓型PWM逆變器，常稱為電壓型正弦波逆變器。這種電壓型正弦波逆變器一般應(yīng)具備以下特點即:逆變器的直流電壓可采用結(jié)構(gòu)簡單的不控整流電路；利用單一的功率電路及其控制，可同時調(diào)整輸出頻率和輸出電壓，動態(tài)響應(yīng)快；由于輸出電壓的諧波頻率主要分布在開關(guān)頻率及其以上頻段，因而輸出諧波含量低。4.2.3電壓型正弦波逆變器

當(dāng)前3頁，總共74頁。電壓型正弦波逆變器的基本原理從左圖中容易看出：在頻率恒定的一個正弦波周期中，斬控脈沖的占空比和斬控周期一定，而斬控脈沖的幅值則按正弦函數(shù)變化，當(dāng)要改變斬控波形的基波幅值時，若被斬控正弦波的幅值不變，則只需要控制斬控占空比即可。顯然，當(dāng)斬控頻率足夠高時，其斬控波形的諧波含量會足夠低。由于被斬控正弦波的頻率恒定，因此，該方案適用于交流變壓恒頻控制，屬于AC-AC變換中的交流斬波變換，其優(yōu)點就是可以直接對頻率一定的輸入（如50HZ交流電）進(jìn)行斬控，以調(diào)節(jié)交流斬波輸出的基波幅值。正弦波的斬波與脈寬調(diào)制a)正弦波斬波波形Ouωt>4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前4頁，總共74頁。然而，針對實際廣泛應(yīng)用的交流變頻器，其主要采用交流變壓變頻（VVVF）控制策略，即在改變交流輸出幅值的同時，還需改變其交流輸出頻率。如何利用DC-AC變換來實現(xiàn)基于正弦波斬控的VVVF控制輸出呢？在交流斬波變換的基礎(chǔ)上，考慮將斬波變換的交流輸入變成直流輸入。進(jìn)一步觀察左圖所示的正弦波斬控波形，當(dāng)斬控頻率足夠高時，占空比和斬控周期固定而幅值按正弦函數(shù)變化的斬波脈沖的面積也近似按正弦函數(shù)變化。正弦波的斬波與脈寬調(diào)制a)正弦波斬波波形4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前5頁，總共74頁。實際上，PWM的基本原理可以由沖量等效原理進(jìn)行描述即：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，其慣性環(huán)節(jié)的輸出基本相同。正弦波的斬波與脈寬調(diào)制a)正弦波斬波波形4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前6頁，總共74頁。b)具體的實例說明“面積等效原理”4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前7頁，總共74頁。a)矩形脈沖b)三角形脈沖tOtOf(t)f(t)d)單位脈沖函數(shù)f(t)d(t)tOc)正弦半波脈沖tOf(t)對各輸出波形用傅式變換分析后，各i(t)低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異?？梢?，相同面積不同形狀的脈沖加在同一慣性環(huán)節(jié)上，得到的輸出響應(yīng)基本相同。這便是面積等效原理，它是PWM控制的理論基礎(chǔ)。4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前8頁，總共74頁。Ouωt>Ouωt>Ouωt>如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波寬度相同，幅值正弦變化幅值相同，寬度正弦變化SPWM波形按比例改變脈沖寬度，即可改變等效正弦波幅值4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前9頁，總共74頁。OwtUd-Ud對于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波為：OwtUd-Ud根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實際應(yīng)用中更為廣泛。4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前10頁，總共74頁。OwtUd-UdOwtUd-Ud等幅PWM波輸入側(cè)是直流電源4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前11頁，總共74頁。Uoωt不等幅PWM波輸入電源是交流等幅和不等幅PWM波的本質(zhì)都是基于面積相等進(jìn)行控制的。如果電源是電流源，則也可以得到PWM電流波4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前12頁，總共74頁。PWM波可等效的各種波形直流斬波電路直流波形SPWM波正弦波形等效成其他所需波形，如:

所需波形

等效的PWM波4.2.3電壓型正弦波逆變器

1.電壓型正弦波逆變器的基本原理

當(dāng)前13頁，總共74頁。如何實現(xiàn)SPWM及其波形發(fā)生呢？計算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計算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，就可得到所需PWM波形繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化調(diào)制法輸出波形作調(diào)制信號，通過對載波的調(diào)制得到期望的PWM波通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前14頁，總共74頁。如何實現(xiàn)SPWM及其波形發(fā)生呢？與任一平緩變化的調(diào)制信號波相交，在交點處控制器件通斷，就得寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合PWM的要求調(diào)制信號波為正弦波時，得到的就是SPWM波調(diào)制信號不是正弦波，而是其他所需波形時，也能得到等效的PWM波4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前15頁，總共74頁。1）基于載波的對稱調(diào)制與非對稱調(diào)制

采用三角載波和鋸齒載波的SPWM脈沖序列如下圖所示。令調(diào)制波頻率為fr，載波頻率為fc，則稱N＝fc/fr為載波比；令調(diào)制波幅值為Urm，載波幅值為Ucm，則稱M＝Urm/Ucm為調(diào)制度。

三角載波和鋸齒載波的SPWM及其脈沖序列a)三角載波SPWM及其脈沖序列b)鋸齒載波SPWM及其脈沖序列4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前16頁，總共74頁。1）基于載波的對稱調(diào)制與非對稱調(diào)制

采用三角載波的SPWM脈沖序列由于三角載波的對稱特性，因而屬于對稱載波調(diào)制；而采用鋸齒載波的SPWM脈沖序列由于鋸齒載波的非對稱特性，因而屬于非對稱載波調(diào)制。相比之下，鋸齒載波的SPWM實現(xiàn)較為簡單，由于鋸齒載波固有的非對稱特性，因而輸出波形中含有偶次諧波。而在相同的開關(guān)頻率以及調(diào)制波條件下，三角載波的SPWM其輸出波形的諧波含量相對較低。

4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前17頁，總共74頁。根據(jù)載波和信號波是否同步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2）異步調(diào)制對于任意的調(diào)制波頻率fr，載波頻率fc恒定的脈寬調(diào)制稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，由于fc保持一定，因而當(dāng)fr變化時，調(diào)制波信號與載波信號不能保持同步，即載波比N與調(diào)制波頻率fr成反比，因此，異步調(diào)制具有以下特點:由于fc固定，因而逆變器具有固定的開關(guān)頻率。由于異步調(diào)制時的開關(guān)頻率固定，所以對于需要設(shè)置輸出濾波器的正弦波逆變器（如UPS逆變電源）而言，輸出濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計較為容易。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前18頁，總共74頁。2）異步調(diào)制一個調(diào)制波正、負(fù)半個周期中的脈沖數(shù)不固定，起始和終止脈沖的相位角也不固定。換言之，一個調(diào)制波正、負(fù)半個周期以及每半個周期中的前后1/4周期的脈沖波形不具有對稱性。不同fr時的異步調(diào)制SPWM波形如下圖所示。不同調(diào)制波頻率fr(fr1﹥fr2)時的異步調(diào)制SPWM波形a)fr＝fr1b)fr＝fr24.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前19頁，總共74頁。2）異步調(diào)制當(dāng)fr較低時，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當(dāng)fr增高時，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大采用異步調(diào)制時，SPWM的低頻性能好，而高頻性能較差。因此采用該方式時希望采用較高的fc，即在一個調(diào)制信號周期內(nèi)所包含的三角載波的個數(shù)較多，從而彌補脈沖不對稱造成的影響。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前20頁，總共74頁。3）同步調(diào)制對于任意的調(diào)制波頻率fr，載波比N保持恒定的脈寬調(diào)制稱為同步調(diào)制。在同步調(diào)制方式中，由于載波比N保持恒定，因而當(dāng)fr變化時，調(diào)制波信號與載波信號應(yīng)保持同步，即fc與fr成正比，因此，同步調(diào)制具有以下特點：由于fc與fr成正比，因而當(dāng)fr變化時，fc也相應(yīng)變化，這就使逆變器的開關(guān)頻率不固定。由于同步調(diào)制時的開關(guān)頻率隨fr的變化而變化，所以對于需要設(shè)置輸出濾波器的正弦波逆變器（如UPS逆變電源）而言，輸出濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計較為困難。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前21頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

3）同步調(diào)制由于載波比N保持一定，當(dāng)fr變化時，一個調(diào)制波周期中的脈沖數(shù)將固定不變。當(dāng)載波比N為奇數(shù)時，一個調(diào)制波正、負(fù)半個周期以及半個周期中的前后1/4周期的脈沖波形具有對稱性。當(dāng)前22頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

3）同步調(diào)制從上圖可以分析：一方面，當(dāng)載波比為奇數(shù)時，由于SPWM波形的對稱性，無論調(diào)制波頻率fr高低，都不會導(dǎo)致基波相位的跳變；另一方面，由于同步調(diào)制時的開關(guān)頻率隨調(diào)制波頻率fr的變化而變化，因此對于需要設(shè)置輸出濾波器的正弦波逆變器而言，輸出濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計較為困難。同步調(diào)制時，SPWM的高頻性能好，而低頻性能較差當(dāng)前23頁，總共74頁。3）同步調(diào)制三相電路中公用一個三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱。（為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對稱）fr很低時，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除fr很高時，fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前24頁，總共74頁。4）分段同步調(diào)制

對比同步與異步調(diào)制發(fā)現(xiàn)兩者具有互補的性能特點，但是對于各自不足的改進(jìn)，都是通過提高開關(guān)頻率來實現(xiàn)，而提高開關(guān)頻率會導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。是否可將同步與異步調(diào)制相結(jié)合，構(gòu)成一種新的調(diào)制方案呢？分段同步調(diào)制上是在結(jié)合異步調(diào)制優(yōu)點（低頻特性好）基礎(chǔ)上，并克服了同步調(diào)制的不足（低頻特性差）而產(chǎn)生的。分段同步調(diào)制，就是首先將fr的變化范圍劃分為若干個頻段區(qū)域，在每個頻段區(qū)域中，采用同步調(diào)制（載波比N為奇數(shù)且恒定）。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前25頁，總共74頁。4）分段同步調(diào)制

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在切換點附近時載波比來回跳動，采用滯后切換的方法在不同頻段內(nèi)，載波頻率的變化范圍基本一致，fc大約在1.4～2kHz之間。

圖調(diào)制波頻率fr變化時基于滯環(huán)特性的分段同步調(diào)制載波頻率切換4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前26頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

5）SPWM脈沖信號的生成SPWM脈沖信號的生成是指：通過模擬或數(shù)字電路對載波信號和調(diào)制波信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋容^運算處理，從而生成與調(diào)制波信號相對應(yīng)的脈寬調(diào)制信號，以此驅(qū)動正弦波逆變器的功率開關(guān)。當(dāng)前27頁，總共74頁。5）SPWM脈沖信號的生成SPWM脈沖信號的生成主要包括模擬生成法和數(shù)字生成法。(1)模擬生成法——模擬比較法是將載波信號（如三角波信號）和調(diào)制波信號（如正弦波信號）通過模擬比較器進(jìn)行比較運算，從而輸出SPWM脈沖信號。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前28頁，總共74頁。5）SPWM脈沖信號的生成(2)

數(shù)字生成法1——自然采樣法是通過聯(lián)立三角載波信號和正弦調(diào)制波信號的函數(shù)方程并求解出三角載波信號和正弦調(diào)制波信號交點的時間值，從而求出相應(yīng)的脈寬和脈沖間隙時間以生成SPWM脈沖信號。自然采樣法實際上就是模擬比較法的數(shù)字實現(xiàn)，其原理如右圖所示。SPWM脈沖信號自然采樣法生成原理4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前29頁，總共74頁。5）SPWM脈沖信號的生成(2)數(shù)字生成法1——自然采樣法若令三角載波幅值Ucm＝1，調(diào)制度為M，正弦調(diào)制波角頻率為ωr，則正弦調(diào)制波的瞬時值為由右圖，并根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系可得自然采樣法SPWM脈寬t2的表達(dá)式為

SPWM脈沖信號自然采樣法生成原理4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前30頁，總共74頁。規(guī)則采樣法4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前31頁，總共74頁。規(guī)則采樣法原理三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期Tc，每個脈沖的中點都以相應(yīng)的三角波中點為對稱，正弦調(diào)制信號波ωr為信號波角頻率a稱為調(diào)制度，0≤a<1；4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前32頁，總共74頁。三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度據(jù)此，便可控制PWM的產(chǎn)生規(guī)則采樣法原理顯然脈沖寬度按正弦規(guī)律變化4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前33頁，總共74頁。規(guī)則采樣法原理OwtUd-Ud等效寬度仍按正弦規(guī)律變化4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前34頁，總共74頁。5）SPWM脈沖信號的生成(4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法利用PWM波形的傅立葉級數(shù)分解，通過數(shù)個特定諧波幅值為零以及基波幅值控制方程式的聯(lián)立，求解出PWM波形脈沖沿的轉(zhuǎn)換角，從而實現(xiàn)SPWM脈沖信號的發(fā)生。SPWM脈沖信號特定諧波消除法生成的PWM脈沖波形4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前35頁，總共74頁。5）SPWM脈沖信號的生成(4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法為了減小諧波和簡化波形發(fā)生，首先考慮消除偶次諧波，為此PWM脈沖波形的正、負(fù)半周應(yīng)對稱與零點，即f（ωt）=

－f（π+ωt）；另外，為了消除諧波中的余弦項，則必須使PWM脈沖波形奇對稱，即f（ωt）=

－f（π－ωt）

SPWM脈沖信號特定諧波消除法生成的PWM脈沖波形4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前36頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

5）SPWM脈沖信號的生成(4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法為說明諧波消除的算法原理，令1/4個調(diào)制波周期中脈沖沿的轉(zhuǎn)換角αi（i=1，2，3…，K）滿足如下條件0≤α1≤α2≤α3≤…≤αK≤π/2SPWM脈沖信號特定諧波消除法生成的PWM脈沖波形當(dāng)前37頁，總共74頁。5）SPWM脈沖信號的生成(4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法根據(jù)傅立葉級數(shù)分解，上述PWM脈沖波形的諧波和基波幅值分別為由于有K個轉(zhuǎn)換角αi（i=1，2，3…，K）需要求解，上述基波和諧波幅值方程只有K個自由度。

4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

SPWM脈沖信號特定諧波消除法生成的PWM脈沖波形當(dāng)前38頁，總共74頁。5)SPWM脈沖信號的生成(4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法為了使基波幅值可控（占一個自由度），則必然只能使（K－1）個諧波幅值為零（占K－1個自由度），因此在上述PWM脈沖波形中，只能消除指定的（K－1）種諧波。

……4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前39頁，總共74頁。5)SPWM脈沖信號的生成(5)跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法（滯環(huán)比較法）兩態(tài)調(diào)制（TSM－Two-StateModulation）是美國的于1966年提出的。所謂跟蹤型兩態(tài)調(diào)制是指利用一個閉環(huán)控制中的誤差滯環(huán)比較器，直接產(chǎn)生一個只有兩態(tài)（高電平、低電平）的PWM控制信號，以使某一輸出量能自動跟蹤控制指令。當(dāng)將兩態(tài)調(diào)制運用于逆變器的控制時，若控制指令為正弦波時，通過誤差滯環(huán)比較器的輸出就可以實現(xiàn)SPWM脈沖信號發(fā)生。這種跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法既可以利用模擬生成法實現(xiàn)也可以利用數(shù)字生成法實現(xiàn)。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前40頁，總共74頁。5）SPWM脈沖信號的生成(5)跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法左圖a表示了一個電壓型半橋逆變器的電流跟蹤型兩態(tài)調(diào)制結(jié)構(gòu)，其PWM及其電流跟蹤波形如圖b所示?；疽?guī)律：當(dāng)VT1或VD1導(dǎo)通時，輸出電流i增大；而當(dāng)VT2或VD2導(dǎo)通時，輸出電流I減小。通過環(huán)寬為2ΔI的滯環(huán)比較器的控制，i就在i*+ΔI和i*-ΔI的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤指令電流i*電壓型半橋逆變器電路PWM電流跟蹤波形4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前41頁，總共74頁。5)SPWM脈沖信號的生成(5)跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法參數(shù)的影響滯環(huán)環(huán)寬對跟蹤性能的影響：環(huán)寬過寬時，開關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大電抗器L的作用：L大時，i的變化率小，跟蹤慢;L小時，i的變化率大，開關(guān)頻率過高電壓型半橋逆變器電路PWM電流跟蹤波形4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前42頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

5)SPWM脈沖信號的生成(5)跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法從左圖中可以看出，PWM脈沖頻率fc是變化的，與如下因素有關(guān)：與滯環(huán)寬h成反比，滯環(huán)越寬，fc越低。fc隨Ud增大而增大負(fù)載電感L越大，fc越小與給定電流的變換率有關(guān)，越接近給定值的峰值，fc越大存在的問題：在給定參考電流的一個周期內(nèi)PWM脈沖頻率差別很大,給濾波設(shè)計帶來困難。當(dāng)前43頁，總共74頁。三相的情況三相電流跟蹤型PWM逆變電路輸出波形三相電流跟蹤型PWM逆變電路4.2.3電壓型正弦波逆變器

2.正弦脈沖寬度調(diào)制的基本問題

當(dāng)前44頁，總共74頁。上次課主要內(nèi)容回顧對于要求輸出正弦波電壓的電壓型PWM逆變器，常稱為電壓型正弦波逆變器PWM的基本原理可以由沖量等效原理進(jìn)行描述即：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，其慣性環(huán)節(jié)的輸出基本相同OwtUd-UdOwtUd-Ud當(dāng)前45頁，總共74頁。上次課主要內(nèi)容回顧PWM的發(fā)生基于載波的對稱調(diào)制與非對稱調(diào)制

異步調(diào)制同步調(diào)制分段調(diào)制當(dāng)前46頁，總共74頁。上次課主要內(nèi)容回顧SPWM脈沖信號的生成模擬生成法——模擬比較法

數(shù)字生成法：

自然采樣法

規(guī)則采樣法

特定諧波消除法

跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法

當(dāng)前47頁，總共74頁。3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前48頁，總共74頁。單相電壓型正弦波逆變器原理電路如下圖所示。對于單相電壓型正弦波逆變器，可采用三種SPWM控制方案，即單極性SPWM控制、雙極性SPWM控制以及倍頻單極性SPWM控制。以下分別進(jìn)行討論。4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前49頁，總共74頁。1)單極性SPWM控制所謂單極性SPWM控制是指逆變器的輸出脈沖具有單極性特征。即當(dāng)輸出正半周時，輸出脈沖全為正極性脈沖；而當(dāng)輸出負(fù)半周時，輸出脈沖全為負(fù)極性脈沖。為此，必須采用使三角載波極性與正弦調(diào)制波極性相同的所謂單極性三角載波調(diào)制。單極性SPWM控制時的調(diào)制波形與驅(qū)動信號生成4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前50頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud周期控制橋臂調(diào)制橋臂當(dāng)前51頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

2)雙極性SPWM控制是指逆變器的輸出脈沖具有雙極性特征。即無論輸出正、負(fù)半周，輸出脈沖全為正、負(fù)極性跳變的雙極性脈沖。當(dāng)采用基于三角載波調(diào)制的雙極性SPWM控制時，只須采用正、負(fù)對稱的雙極性三角載波即可。為實現(xiàn)雙極性SPWM控制，需對逆變器的功率管進(jìn)行互補控制。雙極性SPWM控制時的功率管驅(qū)動信號生成原理電路如圖所示。雙極性SPWM控制時的調(diào)制波形相應(yīng)的驅(qū)動信號生成電路當(dāng)前52頁，總共74頁。2）雙極性SPWM控制當(dāng)正弦調(diào)制波信號瞬時值大于三角載波信號瞬時值時，比較器的輸出極性為正，VT1、VT4導(dǎo)通有效，而VT2、VT3關(guān)斷有效，逆變器輸出為正極性的SPWM電壓脈沖。同理，當(dāng)正弦調(diào)制波信號瞬時值小于三角載波信號瞬時值時，比較器的輸出極性為負(fù)，VT2、VT3導(dǎo)通有效，而VT1、VT4關(guān)斷有效，逆變器輸出為負(fù)極性的SPWM電壓脈沖。雙極性SPWM控制由于采用了正、負(fù)對稱的雙極性三角載波，從而簡化了SPWM控制信號的發(fā)生。4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前53頁，總共74頁。3）倍頻單極性SPWM控制逆變器輸出脈沖的調(diào)制頻率是載波頻率的兩倍，并且輸出脈沖具有單極性特征。倍頻單極性SPWM控制有調(diào)制波反相和載波反相兩種PWM控制模式，具體討論如下：

調(diào)制波反相的倍頻單極性SPWM控制模式功率管驅(qū)動信號生成原理電路與雙極性SPWM控制時的功率管驅(qū)動信號生成原理電路類似。兩者在調(diào)制波的設(shè)計上有所不同，即：逆變器兩相橋臂的調(diào)制信號則采用了幅值相等且相位互差180°的調(diào)制波信號4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前54頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

3）倍頻單極性SPWM控制

當(dāng)前55頁，總共74頁。3）倍頻單極性SPWM控制載波反相的倍頻單極性SPWM控制模式功率管驅(qū)動信號生成原理電路與雙極性SPWM控制時的功率管驅(qū)動信號生成原理電路類似。只是兩者在載波的設(shè)計上有所不同，即：逆變器兩相橋臂的載波信號采用了幅值相等且相位互差180°的對稱雙極性載波信號，其SPWM相關(guān)波形如圖4-39b所示。

4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前56頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

3）倍頻單極性SPWM控制逆變器輸出脈沖的調(diào)制頻率均為載波頻率的兩倍。表明：如果載波頻率與單極性SPWM控制時的載波頻率相同，這種倍頻單極性SPWM控制的逆變器輸出脈沖的調(diào)制頻率是單極性SPWM控制時的兩倍。

當(dāng)前57頁，總共74頁。3）倍頻單極性SPWM控制因此，采用倍頻單極性SPWM控制，優(yōu)點：在一定的輸出波形畸變率條件下，可以有效降低功率管的開關(guān)頻率；另一方面，在一定的開關(guān)頻率條件下，可以有效降低輸出波形畸變率。倍頻單極性SPWM控制由于控制簡單且具有輸出倍頻特性，因而是一種優(yōu)化的單相電壓型正弦波逆變器的SPWM控制方案。尤其是調(diào)制波反相控制模式，由于采用微處理器（如采用DSP）進(jìn)行波形發(fā)生的方便性，實際應(yīng)用時被較多采用。

4.2.3電壓型正弦波逆變器

3.單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前58頁，總共74頁。三相電壓型正弦波逆變器原理電路如下圖所示。對于三相電壓型正弦波逆變器，可采用多種SPWM控制方案即：三相雙極性SPWM控制、提高電壓利用率的鞍形調(diào)制波SPWM控制以及既能提高電壓利用率又能降低開關(guān)損耗的綜合優(yōu)化SPWM控制等。4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前59頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

1）三相雙極性SPWM控制是三相電壓型正弦波逆變器基本的SPWM控制方案，這種控制方案對每相橋臂采用雙極性SPWM控制，即三相橋臂采用同一個三角載波信號，而三相橋臂的調(diào)制波則采用三相對稱的正弦波信號。三相雙極性SPWM控制時的調(diào)制波形和功率管驅(qū)動信號生成原理電路如左圖所示。

當(dāng)前60頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前61頁，總共74頁。1）三相雙極性SPWM控制主要特點如下：相對于逆變器直流電壓中點的輸出相電壓波形為雙極性SPWM波形，且幅值為±Ud/2。逆變器輸出的線電壓波形為單極性SPWM波形，且幅值為±Ud。三相橋式PWM逆變電路波形

4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前62頁，總共74頁。4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

1）三相雙極性SPWM控制主要特點如下：任何SPWM調(diào)制瞬間，逆變器每相橋臂有且只有一個功率器件導(dǎo)通（功率管或二極管）。由于三相雙極性SPWM控制的實現(xiàn)較為簡單，因而成為在實際應(yīng)用中最為廣泛采用的方案。當(dāng)前63頁，總共74頁。2）鞍形調(diào)制波SPWM控制對采用三相雙極性SPWM控制的三相電壓型正弦波逆變器線電壓波形進(jìn)行傅立葉分析，可得到其輸出線電壓的最大基波幅值為而對于180°導(dǎo)電型控制的三相電壓型方波逆變器，同理采用傅立葉分析，可得到其輸出線電壓的最大基波幅值為若定義逆變器輸出線電壓的最大基波幅值與逆變器直流電壓之比為電壓型逆變器的最大電壓利用率，顯然，三相雙極性SPWM控制時的正弦波逆變器電壓利用率（約為0.866）較180°導(dǎo)電型控制時的方波逆變器電壓利用率（約為1.1）低。那么，為何方波控制時的電壓利用率較高呢？4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前64頁，總共74頁。2）鞍形調(diào)制波SPWM控制實際上，180°導(dǎo)電型方波控制可由以180°方波為調(diào)制波且調(diào)制度為1時的方波PWM控制來等效。此時，雖然方波調(diào)制波調(diào)制度為1（臨界過調(diào)制），但由于其方波調(diào)制波中對應(yīng)基波的調(diào)制度已大于1（過調(diào)制），從而使電壓利用率得以提高。因此，為了提高SPWM控制時的電壓利用率，最直接的方法就是使正弦調(diào)制波的峰值大于三角載波的峰值，使SPWM過調(diào)制。但這種使正弦調(diào)制波過調(diào)制的SPWM控制，在其輸出基波幅值增加的同時（提高了電壓利用率），必然導(dǎo)致波形畸變，從而使SPWM輸出諧波增加。

4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前65頁，總共74頁。2）鞍形調(diào)制波SPWM控制如何在不增加SPWM輸出諧波的同時，有效地提高電壓型逆變器SPWM控制時的電壓利用率呢？試設(shè)想：如果能在PWM調(diào)制波信號臨界過調(diào)制時使調(diào)制波信號中的基波分量過調(diào)制，并且由此而導(dǎo)致的三相調(diào)制波信號的畸變并不影響三相電壓型逆變器SPWM線電壓的波形品質(zhì)，就可以實現(xiàn)在不增加諧波的同時，有效地提高電壓型逆變器SPWM控制時的電壓利用率。對于三相對稱無中線輸出的電壓型逆變器，由于不存在中線，若在每相相電壓中引入零序電壓，由于三相零序電壓的瞬時值相等，因此，零序電壓的引入將不會改變輸出線電壓波形。

4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前66頁，總共74頁。2）鞍形調(diào)制波SPWM控制如果在三相電壓型逆變器每相橋臂的正弦調(diào)制波信號中引入零序分量，雖然會使調(diào)制波信號發(fā)生畸變，但利用這種畸變的調(diào)制波信號進(jìn)行PWM控制，其結(jié)果并不會影響三相電壓型逆變器的線電壓波形品質(zhì)——是一種基于線電壓的SPWM控制方案。如何引入某種特定的零序調(diào)制分量，并使其能極大地提高三相電壓型逆變器的電壓利用率。4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)前67頁，總共74頁。2）鞍形調(diào)制波SPWM控制最簡單的零序分量可選擇三次諧波。由于三次諧波的引入，原正弦調(diào)制波變成鞍形調(diào)制波，而鞍形調(diào)制波在90°兩側(cè)可形成類似的“平頂”，從而有效地提高三相電壓型逆變器的電壓利用率。那么，注入多大幅值的三次諧波，才能最大程度地提高三相電壓型逆變器的電壓利用率？

4.2.3電壓型正弦波逆變器

4.三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

當(dāng)