直流 交流变换电路参考文档

1、第,4,章,直流,交流变换电路,本章要点,有源逆变电路、有源逆变的条件、逆变失败与最,小逆变角的限制,无源逆变电路、变频器概述,交,直,交变频器、电压型和电流型变频器、变频,器,180,度和,120,度导电规则的原理与分析,SPWM,变频（电压正弦,PWM,电流正弦,PWM,磁通正弦,PWM,的原理与分析,4.1,逆变的概念,逆变电路是把直流电逆变成交流电的电路。按照负载,性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。当可控,整流电路工作在逆变状态时，如果把该电路的交流侧,接到交流电源上，把直流电逆变成与交流电源同频率,的交流电返送到电网上去，则称作有源逆变。如果可,控整流电路的交流侧不与电网联接，

2、而直接接到无源,负载，则称为无源逆变或变频,4.2,有源逆变电路,4.2.1,单相双半波有源逆变电路,1,电路结构,M,2,u,2,u,1,VT,2,VT,L,d,i,E,R,d,u,电能,d,u,g,u,2,u,0,0,0,t,t,t,d,U,E,M,2,u,2,u,1,VT,2,VT,L,d,i,E,R,d,u,电能,d,u,g,u,2,u,0,0,0,t,t,t,d,U,E,2,工作原理,1,整流状态,0,90,当,等于零时，输出电压瞬时值,u,d,在整个周期内全部为正,当,90,0,时,u,d,在整个周期内有正有负，但正面积总是,大于负面积，故平均值,U,d,为正值，其极性是上正下负，

3、如,上图,a,通常,U,d,略大于,E,此时电流,I,d,从,U,d,的正端流出，从,E,的正端流进。电机,M,吸收电能，作电动运行，电路把从,交流电网吸收的电能转变成直流电能输送给电动机，电路,工作在整流状态，电机,M,工作在电动状态,2,逆变状态,90,180,逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网,由于晶闸管的单向导电性，负载电流,I,d,不能改变方向，只有,将,E,反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免,U,d,与,E,顺接，此时将,U,d,的极性也反过来，如上图,b,示。要使,U,d,反,向,应该大于,90,当,在,90,180,间变动时，输出电压瞬时值,u,d,在整个,

4、周期内有正有负，但负面积大于正面积，故平均值,U,d,为负,值，见上图,b,所示。此时,E,略大于,U,d,电流,I,d,的流向是从,E,的正端流出，从,U,d,的正端流入，逆变电路吸收从电机反送,来的直流电能，并将其转变成交流电能反馈回电网，这就,是该电路的有源逆变状态,要使整流电路工作在逆变状态，必须满足两个条件,1,变流器的输出,U,d,能够改变极性（内部条件）。由于晶闸,管的单向导电性，电流,I,d,不能改变方向，为实现有源逆变,必须改变,U,d,的极性。即让变流器的控制角,90,即可,2,须有外接的提供直流电能的电源,E,E,也要能改变极性,且有,外部条件,3,逆变角,逆变状态时的控

5、制角称为逆变角,规定以,处作为计量,角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系,d,U,E,4.2.2,逆变失败与最小逆变角的限制,1,逆变失败,可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相失败，电,路又重新工作在整流状态，外接的直流电源就会通过晶闸,管电路形成短路，使变流器的输出平均电压,U,d,和直流电,动势,E,变成顺向串联，由于变流电路的内阻很小，将出现,很大的短路电流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失,败，或称为逆变颠覆,造成逆变失败的原因,1,触发电路工作不可靠。不能适时、准确地给各晶闸,管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等,2,晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件不能,

6、导通,3,交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相或突,然消失而造成逆变失败,4,换相裕量角不足，引起换相失败。应考虑变压器漏,抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因素的影响,交流侧电抗对逆变换相过程的影响,B,L,B,L,B,L,u,v,w,1,VT,2,VT,3,VT,d,u,d,i,M,M,E,L,0,1,VT,i,2,VT,i,3,VT,i,0,P,t,d,u,t,d,i,1,VT,i,2,VT,i,3,VT,i,2,VT,i,3,VT,i,2,最小逆变角,确定的方法,最小逆变角,的大小要考虑以下因素,1,换相重叠角,此值与电路形式、工作电流大小、触发,角大小有关。即,根据,设,则,2

7、,晶闸管关断时间,t,q,所对应的电角度,折算后的电角度,约,4,度,5,度,m,U,X,I,sin,2,cos,cos,2,B,d,m,U,X,I,sin,2,1,cos,2,B,d,3,安全裕量角,考虑到脉冲调整时不对称、电网波动,畸变与温度等影响，还必须留一个安全裕量角，一般取,为,10,度左右,综上所述，最小逆变角为,为了可靠防止,进入,min,区内，在要求较高的场合，可,在触发电路中加一套保护线路，使,在减小时不能进入,min,区内，或在,min,处设置产生附加安全脉冲的装置,万一当工作脉冲进入,min,区内时，由安全脉冲在,min,处,触发晶闸管，防止逆变失败,0,0,min,35

8、,30,4.2.3,有源逆变的应用,一、应用之一,晶闸管串级调速,串级调速的原理：转子电流表达式,2,20,2,2,f,20,2,sX,R,E,sE,I,工程上为实现方便，次同步串级调速系统是用不可控整流器,将转子电动势,sE,20,整流为直流电动势，并与转子整流回路中,串入的直流附加电动势进行合成，通过改变逆变角的大小,实现低同步转速的电动运行。采用直流附加电动势的原因是,由于工程上获取与转子感应电势,sE,20,反相位同频率且频率随,转子频率变化的交流变频电源,E,f,比较困难，所以在次同步串,级调速系统中采用整流器将转子电动势,sE,20,整流为直流电动,势，再与转子回路中串入的直流附加

9、电动势进行比较。而可,调直流附加电动势在工程上比较容易实现,晶闸管串级调速系统的基本构成如下图所示。系统中，直流,附加电动势是由晶闸管有源逆变器,UI,产生的，改变逆变角就,改变了逆变电势，相当于改变了直流附加电动势，即可实现,串级调速,M,3,d,I,UR,20,sE,d,L,2T,E,UI,2,E,E,图,4-4,二、应用之二,两组晶闸管反并联时电动机,的可逆运行,下图为两组晶闸管反并联电路的框图。设,P,为正组,N,为反,组，电路有四种工作状态,5,M,P,N,d2,I,d,I,d,U,E,d,U,M,P,N,d1,I,d,I,d,U,E,d,U,1,正组整流,上左图为正组整流工作状态。

10、设,P,在控制角,作用下输出整,流电压,U,d,加于电动机,M,使其正转。当,P,组处于整流工作,状态时，反组,N,不能也工作在整流状态，否则会使电流,I,d1,不经过负载,M,而只在两组晶闸管之间流通，这种电流称,为环流，环流实质上是两组晶闸管电源之间的短路电流,因此，当正组整流时，反组应关断或处于待逆变状态。所,谓待逆变，就是,N,组由逆变角,控制处于逆变状态但无逆变,电流。要做到这一点，可使,这样，正组,P,的平,均,电,流,供,电,动,机,正,转,反,组,N,处,于,待,逆,变,状,态,由,于,故没有平均电流流过反组，不产生真正的,逆变,d,d,U,U,d,d,U,U,2,反组逆变,当

11、要求正向制动时，流过电动机,M,的电流,I,d,必须反向才能,得到制动力矩，由于晶闸管的单向导电性，这只有利用反,组,N,的逆变。为此，只要降低,且使,则,N,组产生逆变，流过电流,I,d2,电机电流,I,d,反向，反组有,源逆变将电势能,E,通过反组,N,送回电网，实现回馈制动,3,反组整流,N,组整流，使电动机反转，其过程与正组整流类似,4,正组逆变,P,组逆变，产生反向制动转矩，其过程与组反逆变类似,d,U,d,d,U,U,E,4.3,无源逆变（变频）电路,4.3.1,变频概述及变频器的种类,将直流电能变换成交流电能供给无源负载的过程称为无逆,变。用于逆变的直流电能通常是由电网提供的交流

12、电整流,得来的。我们把“将电网提供的恒压恒频,CVCF(Constant,Voltage Constant Frequency,交流电变换为变压变频,VVVF(Variable Voltage Variable Frequency,交流电供给,负载”的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器,1,变频器的分类,2,静止型常规变频器及特点,1,间接（交,直,交）变压变频装置,交,直,交变频器的主要构成环节如下图,a,示。它先把交流电转换为直流电,经过中间滤波环节后，再把直流电逆变成变压变频的交流电，故又称为,间接变频器,按照不同的控制方式，间接变频器又有下图,b,c,d,三种情况,整流,逆变,中间直

13、流环节,DC,AC,50Hz,恒压恒频,CVCF,AC,变压变频,VVVF,a,可控,整流,逆变,DC,AC,50Hz,调压,调频,AC,VVVF,b,不控,整流,逆变,DC,AC,调频,AC,50Hz,斩波器,DC,调压,c,VVVF,50Hz,不控,整流,PWM,逆变,AC,DC,VVVF,调压调频,d,AC,1,用可控整流器调压、用逆变器调频,此装置的调压和调频在两个环节上分别进行。但输入环节,采用晶闸管可控整流，电网端功率因数低，而输出环节采,用晶闸管三相六拍逆变器，输出谐波较大,2,用不可控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频,该装置的输入环节采用不可控整流器，只整流不调压，再,增

14、设斩波器进行脉宽调压。输入功率因数高，但输出逆变,环节谐波仍较大,3,用不可控整流器整流、脉宽调制逆变器调压调频,这类装置的输入用不可控整流器，输入功率因数高；用,PWM,逆变，则输出谐波可以减少。输出波形已经非常逼,近正弦波，因而又称之为正弦脉宽调制逆变器,2,直接（交,交）变压变频装置,交,交变频器是把工频交流电直接变换成不同频率交流电,的过程，它不通过中间直流环节，故又称为直接变频器或,周波变换器。因为没有中间环节，仅用一次变换就实现了,变频，效率较高。主要构成环节如下图所示,交,交变压变频,AC,CVCF,AC,VVVF,50Hz,图,6-8,交交变频器的主要构成环节,4.3.2,交电

15、压型、电流型交,直,交变频电路,1,交,直,交电压型、电流型变频器及其比较,交,直,交变频器就是把工频交流电先通过整流器整成直流,然后再通过变换器，把直流电逆变成为频率可调的交流电,根据交,直,交变压变频器的中间滤波环节是采用电容性元,件或是电感性元件，可以将交,直,交变频器分为电压型变,频器和电流型变频器两大类。两类变频器的区别主要在于,中间直流环节采用什么样的滤波元件,1,交,直,交电压型变频器,当直流环节采用大电容滤波时，电压波形比较平直，相当,于一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形或阶梯,波，这类变频装置叫电压型变频器，如图所示的电压型变,频器输入采用二极管整流，输出采用,GTR

16、,的六拍逆变,2,交,直,交电流型变频器,当中间直流环节采用大电感滤波时，电流波形较平直，因,而电源内阻抗大，输出是一个恒流源，输出交流电流是矩,形波或阶梯波，这类变频装置叫电流型变频器，见下图,3,交,直,交电压型和电流型变频器比较,1,无功能量的缓冲不同,变频器带感性负载时，无功能量只能靠直流环节中滤波器的,储能元件来缓冲。电压型变频器用电容储能，而电流型变频,器用电感储能,2,调速时的动态响应,电流型变频器的直流电压可迅速改变，所以由它供电的调速,系统动态响应比较快，而电压型供电的系统动态响应慢,3,适用范围,电压型变频器适用于多台电动机同步运行时的供电电源而不,要求快速加减速的场合。电

17、流型变频器由于滤波电感的作用,对负载变化的反应迟缓，适合于单电机传动，但可以满足快,速起制动和可逆运行的要求,4,回馈制动,电流型变频调速系统易实现回馈制动。当,UR,工作在整流状态,90,逆变器工作在逆变状态时，电机在电动状态下,运行，如图,a,所示。这时，电流由,U,d,的正端流入逆变器，电,能由交流电网经变频器传送给电机；如果降低变频器的输出,频率，使转速降低，同时使整流器的控制角,90,则电动,机进入发电状态，且直流电压,U,d,立即反向，而电流,I,d,方向不,变。于是，逆变器变成整流器，而整流器,UR,转入有源逆变状,态，电能由电机回馈给交流电网。如图,b,电压型变频调速系统要实现

18、回馈制动却比较困难，因中间环,节大电容的电压极性不能反向，原装置无法实现回馈制动,若要制动只有采用能耗制动或与可控整流器反并联设置另一,组反向整流器，并使其工作在有源逆变状态，以通过反向制,动电流，实现回馈制动,电流型变频调速系统的电动和回馈制动两种运行状态,UR,CSI,M,3,p,d,L,d,I,d,U,e,T,0,90,r,s,整流,逆变,电动,a,r,UR,CSI,M,3,p,d,L,d,I,d,U,e,T,0,90,r,s,有源逆变,整流,发电,b,r,4.4,无源逆变（变频）电路的原理,无源逆变电路种类很多，最常见的有单相半桥逆变电路,单相全桥逆变电路、三相全桥逆变电路等，而这些电

19、路又,各有电压和电流型两种形式,1,VT,2,VT,1,VD,2,VD,0,i,U,Z,N,d,U,1,C,2,C,a,电路,4.4.1,单相半桥逆变电路,4.4.2,单相全桥逆变电路,半桥电路结构简单，所用管子比全桥少一半，相应减少了管,压降损耗，但输出电压降低一半，若要获得相同的输出电压,势必需要带中间抽头的,2,U,d,的直流电源；在实际应用中，全桥,逆变电路更为普遍。电压型单相全桥逆变电路如下图,a,所示,1,VT,1,VD,2,VT,3,VT,4,VT,2,VD,3,VD,4,VD,d,U,U,V,Z,0,i,a,电路,4.4.3,三相桥式逆变电路,在需要大功率变换或负载要求三相电源

20、时，可采用三相桥式,逆变电路，其主电路比单相全桥逆变电路多了一条桥臂。电,压型三相桥式逆变电路如下图所示，当对波形有较高要求时,可采用,PWM,控制方法，以抑制较大的高次谐波,三相桥式逆变电路主要有,180,导电型的交,直,交电压型和,120,导电型的交,直,交电流型变频器，下面以讨论晶闸管,交,直,交变频器为主,1,VT,1,VD,2,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,VT,2,VD,3,VD,4,VD,5,VD,6,VD,d,U,U,V,W,U,i,V,i,W,i,2,180,度导电型的交,直,交电压型变频器,1,主电路组成,变频器的主电路由整流器、中间滤波电容及晶闸管逆变器,组成，

21、下图是串联电感式电压型变频器逆变部分的电路,图中只画出了电容滤波器及晶闸管逆变器部分。整流器可,采用单相,或三相整,流电路,C,d,为滤波,电容,逆,变器中,VT,1,VT,6,为主晶闸管,VD,1,VD,6,为反馈二极管，提供续流,回,路,R,U,R,V,R,W,为,衰,减,电,阻,L,1,L,6,为,换,流,电感,C,1,C,6,为换流电容,Z,U,Z,V,Z,W,为变频器的三相对称负载,三相串联电感式电压型变频器逆变部分主电路,该逆变器的,6,个晶闸管按一定的导通规则通断，将滤波电,容,C,d,送来的直流电压,U,d,逆变成频率可调的交流电。调压,靠前级的可控整流电路完成,d,U,d,C

22、,1,VD,2,VD,3,VD,4,VD,1,VT,2,VT,4,VT,U,R,L,1,L,4,U,C,1,C,4,6,VD,3,VT,V,R,6,VT,C,3,C,6,L,3,L,6,V,W,C,2,C,5,5,VD,5,VT,L,5,L,2,U,Z,V,Z,W,Z,0,W,R,2,晶闸管导通规则及输出波形分析,逆变器中,6,个晶闸管的导通顺序为,VT,1,VT,2,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,VT,1,各晶闸管的触,发间隔为,60,电压型逆变器通常采用,180,导电型，即,每个晶闸管导通,180,电角度后被关断，由同相的另一个,晶闸管换流导通。每组晶闸管导电间隔为,120,按照

23、每,个晶闸管触发间隔为,60,触发导通后维持,180,才被关,断的特征,180,导电型,可以得到,6,个晶闸管在,360,区,间里的导通情况，如下表所示,3,逆变器中晶闸管的导通情况,180,电压型,晶闸管,区间,0,0,60,0,120,0,180,0,240,0,300,0,360,0,VT,1,导通,导通,导通,VT,2,导通,导通,导通,VT,3,导通,导通,导通,VT,4,导通,导通,导通,VT,5,导通,导通,导通,VT,6,导通,导通,导通,4,每个,60,区间内的负载等效电路,U,Z,U,Z,U,Z,U,Z,U,Z,U,Z,V,Z,V,Z,V,Z,V,Z,V,Z,V,Z,W,Z

24、,W,Z,W,Z,W,Z,W,Z,W,Z,W,W,W,W,W,W,U,U,U,U,U,U,V,V,V,V,V,V,d,U,d,U,d,U,d,U,d,U,d,U,1,VT,4,VT,6,VT,5,VT,3,VT,2,VT,0,0,0,60,0,120,0,180,0,240,0,360,0,300,u,d,U,W,d,V,W,U,V,d,V,d,V,W,U,W,U,U,U,U,U,Z,Z,Z,Z,U,U,U,Z,Z,Z,Z,Z,U,U,3,1,3,2,3,1,0,0,0,d,U0,0,0,0,0,0,0,0,U,W,WU,d,W,V,VW,d,V,U,UV,U,U,U,U,U,U,U,U,U,

25、U,U,6,输出线电压,5,输出相电压,7,60,120,区间的相、线电压值,d,W,d,V,d,U,U,U,U,U,U,U,3,1,3,1,3,2,0,0,0,d,WU,VW,d,UV,U,U,U,U,U,0,8,逆变器相电压和线电压计算值,180,电压型,9,180,逆变器输出的相电压、线电压波形,0,0,0,0,0,0,t,t,t,t,t,t,d,U,d,U,图,4-16,导电型逆变器输出的相电压、线电流波形,U0,U,V0,U,W0,U,UV,U,VW,U,WU,U,10,相、线电压波形的有效值,p,l,d,UV,WU,VW,UV,d,Uo,W,V,U,U,U,U,t,d,u,U,U,

26、U,U,t,d,u,U,U,U,3,3,2,2,1,3,2,2,1,2,0,2,2,0,2,0,0,0,11,180,导电型逆变器工作规律总结,每个脉冲间隔,60,区间内有,3,个晶闸管导通，它们分属,于逆变桥的共阴极组和共阳极组,在,3,个导通元件中，若属于同一组的有,2,个元件，则元,件所对应相的相电压为,另,1,个元件所对应相的相,电压为,共阳极组元件所对应相的相电压为正，共阴极组元件所,对应相的相电压为负,三个相电压相位互差,120,相电压之和为,0,线电压等于相电压之差；三个线电压相位互差,120,线电压之和为,0,线电压为,倍相电压,d,U,3,1,d,U,3,2,3,2,120,

27、度导电型的交,直,交电流型变频器,在,180,导电型的电压型逆变器中，晶闸管的换流是在,同一相中进行的。有可能使直流电源发生短路；另需,要外接换流衰减电阻、换流电感、换流电容等元件才,能完成换流，使得逆变器体积增加、成本提高、换流,损耗加大。为此，引入,120,导电型的电流型逆变器,该逆变器晶闸管的换流是在同一组中进行的，不存在,电源短路问题，也不需要换流衰减电阻和换流电感等,元件,1,120,度电流型变频器主电路组成,输入端采了可控整流，滤波电感,L,将整流器的输出强制变,成直流电流,I,d,逆变器部分没有调压功能，只将,6,个晶闸,管按一定的导通规则通断，将电感,L,送来的恒流,I,d,逆

28、变成,频率可调的交流电,2,晶闸管导通规则及输出波形分析,逆变器中,6,个晶闸管的导通顺序为,VT1,VT,2,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,VT,1,各晶闸管的,触发间隔为,60,电流型逆变器通常采用,120,导电型，即,每个晶闸管导通,120,电角度后被关断，由同一组的另一个,晶闸管换流导通。按照每个晶闸管触发间隔为,60,触发,导通后维持,120,才被关断的特征,120,导电型,可以得到,6,个晶闸管在,360,区间里的导通情况，如下表所示,3,晶闸管的导通情况,120,电流型,晶闸管,区间,0,0,60,0,120,0,180,0,240,0,300,0,360,0,VT,1

29、,导通,导通,VT,2,导通,导通,VT,3,导通,导通,VT,4,导通,导通,VT,5,导通,导通,VT,6,导通,导通,4,每个,60,区,间,内的,负,载等效电,路,0,0,0,120,0,240,0,360,1,VT,2,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,VT,Z,Z,V,0,U,W,0,W,V,U,0,V,U,W,V,0,U,W,0,W,U,V,0,W,V,U,图,4-20,d,I,d,I,d,I,d,I,Z,d,I,d,I,5,逆变器相电流计算值,120,电流型,相、线,电,压,区,间,0,0,60,0,120,0,180,0,240,0,300,0,360,0,I,UN,I

30、,d,I,d,0,I,d,I,d,0,I,VN,I,d,0,I,d,I,d,0,I,d,I,WN,0,I,d,I,d,0,I,d,I,d,6,120,导电型逆变器输出的相电流波,0,0,0,d,I,3,2,3,5,2,3,1,3,2,3,4,3,5,3,1,3,4,2,t,t,t,图,4-21,U0,I,V0,I,W0,I,7,120,导电型导电规律总结,每个脉冲触发间隔,60,内，有,2,个晶闸管元件导通，它们,分属于逆变桥的共阴极组和共阳极组,在,2,个导通元件中，每个元件所对应相的相电流为,I,d,而,不导通元件所对应相的电流为,0,共阳极组中元件所通过的相电流为正，共阴极组元件所通,过

31、的相电流为负,每个脉冲间隔,60,内的相电流之和为,0,4.5,正弦波脉宽调制,SPWM,变频器,脉宽调制,PWM,技术是利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流电,压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频控制并消除谐波的技术,目前，工程中主要采用的,PWM,技术是正弦,PWM,SPWM,，这是因为变,频器输出的电压或电流波形接近于正弦波形,SPWM,方案多种多样，归纳,起来可分为电压正弦,PWM,电流正弦,PWM,和磁通正弦,PWM,等三种基本,类型，其中电压正弦,PWM,和电流正弦,PWM,是从电源角度出发的,SPWM,磁通正弦,PWM,也称为电压空间矢量,PWM,是从电机角度出发的,

32、SPWM,方法,PWM,型变频器的主要特点是,1,主电路只有一个可控功率环节，开关元件少，控制线路结构得以简化,2,整流侧使用了不可控整流器，电网功率因数与逆变器输出电压无关，基,本上接近于,1,3,VVVF,在同一环节实现，与中间储能元件无关，变频器的动态响应快,4,通过对,PWM,控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次谐波，实现接,近正弦形的输出交流电压波形,4.5.1,电压正弦脉宽调制的工作原理,1,电压正弦脉宽调制原理,1,正弦脉宽调制原理,正弦脉宽调制,SPWM,波是与正弦波等效的一系列等幅,不等宽的矩形脉冲波，如下图,a,所示。等效的原则是每一,区间的面积相等。如果把一个正弦半波分

33、作,n,等分，然后,把每一等分正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与之面,积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲,的中点与正弦波每一等分的中点相重合，见图,b,这样,由,n,个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波的,半周波形等效，称作,SPWM,波形,电压正弦波脉宽调制,SPWM,波形,t,t,u,u,0,0,a,b,图,4-41,与正弦波等效的等幅不等宽的矩形脉冲波形,2,SPWM,变压变频器主电路原理图,1,VT,4,VT,0,M,3,3,VT,5,VT,2,VT,6,VT,图,4-24,U,V,W,2,d,U,2,d,U,3,单极式,SPWM,波的形成,2,d,U,U0,

34、u,i,1,2,n,t,s,t,U,s,m,sin,i,1,2,t,rU,u,u,0,0,du,u,等效正弦波,a,b,t,u,rU,u,rU,u,t,s,t,s,4,正弦波与双极性三角波的调制,5,三相双极式正弦脉宽调制和,SPWM,波形,0,0,0,a,b,c,d,e,rU,u,rV,u,rW,u,U0,u,V0,u,W0,u,t,s,t,s,t,s,t,s,t,s,UV,u,d,U,d,U,2,d,U,2,d,U,2,d,U,2,d,U,2,d,U,2,d,U,t,u,2,SPWM,逆变器的同步调制和异步调制,SPWM,逆变器有一个重要参数,载波比,N,它被定义为,载波频率,f,c,与调

35、制波频率,f,r,之比，用,N,表示,即,N,视载波比的变化与否，有同步调制与异步调制之分,r,c,f,f,1,同步调制,在改变,f,r,的同时成正比地改变,f,c,使载波比,N,常数。优点,是可以保证输出电压半波内的矩形脉冲数是固定不变的,如果取,N,等于,3,的倍数，则同步调制能保证输出波形的正,负半波始终保持对称，并能严格保证三相输出波形之间具,有互差,120,的对称关系。但是，当输出频率很低时，由,于相邻两脉冲间的间距增大，谐波会显著增加，使负载电,机产生较大的脉动转矩和较强的噪声，这是同步调制方式,在低频时的主要缺点,2,异步调制,异步调制在整个变频范围内，载波比,N,不等于常数,在

36、改变调制波频率,f,r,时保持三角载波频率,f,c,不变，提高,了低频时的载波比。这样，输出电压半波内的矩形脉,冲数可随输出频率的降低而增加，改善了系统的低频,工作性能。但异步调制在改善低频工作性能的同时,当载波比,N,随着输出频率的降低而连续变化时，它不,可能总是,3,的倍数，必将使输出电压波形及其相位都发,生变化，难以保持三相输出的对称性，因而引起电机,工作不平稳,3,分段同步调制,为扬长避短，可将同步调制和异步调制结合起来，成,为分段同步调制方式,即在一定频率范围内采用同步调制，以保持输出波形,对称的优点；当频率降低较多时，可使载波比,N,分段,有级地加大，以采纳异步调制的长处，这就是分

37、段同,步调制方式。具体地说，把整个变频范围划分成若干,频段，每个频段内都维持载波比,N,恒定，而对不同的,频段取不同的,N,值，频率低时,N,值取大些，一般大致,按等比级数安排,3,SPWM,的实现方法,1,自然采样法,自然采样法是按照正弦波与三角形波交点进行脉冲宽度与,间隙时间的采样，从而生成,SPWM,波形。具体是截取任意,一段正弦波与三角载波的一个周期长度内的相交情况,A,点,为脉冲发生时刻,B,点为脉冲结束时刻，在三角波的一个周,期,T,t,内,t,2,为,SPWM,波的高电平时间，称作脉宽时间,t,1,与,t,3,则为低电平时间，称为间隙时间。显然,T,t,t,1,t,2,t,3,2

38、,B,2,A,sin,1,2,2,sin,1,2,2,t,t,M,T,t,t,M,T,s,t,s,t,B,A,2,2,2,sin,sin,2,1,2,t,t,M,T,t,t,t,s,s,t,自然采样法,规则采样,法,A,B,t,t,1,t,2,t,3,t,t,T,A,t,B,t,2,t,2,t,t,M,s,sin,A,B,t,t,1,t,2,t,3,t,t,T,A,t,B,t,E,e,t,图,4-29,ru,u,2,规则采样法,规则采样法有：规则采样,法、规则采样,法,规则采样,法是将三角波的负峰值对应的正弦控制波,值,E,点）作为采样电压值，由,E,点水平截取,A,B,两,点，从而确定脉宽时间,t,2,在这种采样法中，每个周,期的采样点,E,对时间轴都是均匀的，这时,AE=EB,t,1,t,3,简化了脉冲时间与间隙时间的计算。为此有,2,t,3,1,e,t,2,2,1,sin,1,2,t,T,t,t,t,M,T,t,