北京交通大学电力电子技术第六章无源逆变

1、无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-1无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-2 无源逆变无源逆变直流直流 交流（向负载直接供电）交流（向负载直接供电） 无源逆变电路简称无源逆变电路简称逆变电路逆变电路 逆变与变频逆变与变频逆变电路经常与变频的概念联系在一起逆变电路经常与变频的概念联系在一起变频电路：交交变频和交直交变频两种变频电路：交交变频和交直交变频两种交直交变频由交直变换和直交变换两部交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变分组成，后一部分就是逆变无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-3 无源逆变技术的应用无源逆变技术的应

2、用逆变电路交流负载供电交流负载供电无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-4交流电源：交流电源：如列车照明、感应加热电源、如列车照明、感应加热电源、电解电镀电源、不停电电源（电解电镀电源、不停电电源（UPS）、高频）、高频焊机、高频电子镇流器和航空电源等焊机、高频电子镇流器和航空电源等 。 无源逆变技术的应用无源逆变技术的应用交流调速系统：交流调速系统：如铁道如铁道牵引、大型工矿机车、牵引、大型工矿机车、城市有轨交通（地铁和城市有轨交通（地铁和轻轨车）、重型电传动轻轨车）、重型电传动汽车和矿井提升设备等。汽车和矿井提升设备等。RO1 Brake Control+24VBrake

3、Resistor无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-5 按电路结构分类按电路结构分类桥式桥式零式零式 按输出相数分类按输出相数分类单相单相多相多相 按器件分类按器件分类半控型半控型全控型全控型 按调制方法分类按调制方法分类PWMPAM方波、阶梯波方波、阶梯波 按导通的角度分类按导通的角度分类180 120 按强迫换流的特点按强迫换流的特点谐振型谐振型并联电容型等并联电容型等无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-6 按直流侧电源的性质分类（常用此分类）按直流侧电源的性质分类（常用此分类）电压型逆变器电压型逆变器 电流型逆变器电流型逆变器直流侧电源为直流侧电源为准

4、恒压源准恒压源直流侧电源为直流侧电源为准恒流源准恒流源无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-76 . 3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.4 PWM技术技术6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.66.6多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-8一、一、 单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路1、电路结构、电路结构2、工作原理、工作原理/波形分析波形分析T1导通、导通、T2截止：截止：Uan=Ud /2T1截止、截止、T2导通：导通： Uan=-Ud /2Z+nC01C02T1

5、T2iZD1D2(a)电路OO驱动T1驱动T1驱动T2T023T02T0驱动T23T04T04T0OvanD1T1D2T2iZmiZm=18VDf0L12VDiZiZOD1T1D2T2iZR-L(b)电压波形(c)电阻负载电流波形(d)电感负载电流波形(e)R-L负载电流波形图6.1单相半桥逆变电路及电压电流波形aVDT1、T2轮流导通，使轮流导通，使直流直流交流交流改变改变T1、T2的切换频率，便可改变的切换频率，便可改变输出交流电的频率。输出交流电的频率。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-93、基本关系、基本关系输出电压有效值输出电压有效值输出电压表达式输出电压表达式基

6、波电压有效值基波电压有效值电感负载电流峰值电感负载电流峰值R-L负载电流基波负载电流基波分量分量5 , 3 , 1sin2ndantnnUuddUUU45. 0221)sin()(2)(12211tLRUtioLfUidom08/2422/12/02dTodoanUdtUTU无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-101、电路结构、电路结构2、工作原理、工作原理/波形分析波形分析与全桥逆变电路相同与全桥逆变电路相同T1 、T4导通、导通、T2 、T3截止：截止：Uan=Ud T1 、T4截止、截止、T2 、T3导通：导通： Uan=-Ud ZT3T4iZD3D4(a)电路O驱动T

7、2van图6.2单相全桥逆变电路及电压、电流波形bT1T2D1D2aVD驱动T1、 T4O、 T3驱动T1、 T4(b)负载电压(c)电阻负载电流波形iZO(d)电感负载电流波形iZT0/4T /20T0/43T0L负载R负载D1D4T1T4D2T2D3T3OiZT1T4D1D4D2D3T2T32RL负载(e)R-L负载电流波形无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-113、基本关系、基本关系输出电压表达式输出电压表达式基波电压有效值基波电压有效值电感负载电流峰值电感负载电流峰值R-L负载电流负载电流 其中其中5 , 3 , 1sin4)(nDabtnnUtuDDUUU9 . 0

8、241LfUiDom04/5 , 3 , 11)sin(nnnmotnnZUi22)(LnRZnRLnnarctan无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-121、电路结构、电路结构2、工作原理、工作原理T1 导通、导通、T2 截止：截止：Uo=-Ud/KT1 截止、截止、T2 导通：导通： Uo=Ud/K 3、基本关系、基本关系与桥式电路相同与桥式电路相同Z+-R+-OVT1OVT2OVT2(b)(a)图6.3 推挽式单相逆变电路及其波形（a）简化原理图；（b）波形图6.4 带感性负载的推挽式单相逆变电路T1T2VD2VD2VDVD/KT2D2D1T1VDttt无源逆变2022

9、-5-15北京交通大学电气工程学院6-131、单相全桥逆变电路、单相全桥逆变电路在单相逆变电路中，全桥逆变电路应用最多。在单相逆变电路中，全桥逆变电路应用最多。2、单相半桥逆变电路、单相半桥逆变电路结构简单，所用器件比全桥电路少一半。结构简单，所用器件比全桥电路少一半。 但输出交但输出交流电压幅值低，且直流侧需要两个电容串联，工作流电压幅值低，且直流侧需要两个电容串联，工作时需要控制两个电容器电压的均衡。时需要控制两个电容器电压的均衡。应用场合：常用于几应用场合：常用于几KW以下的小功率逆变电源。以下的小功率逆变电源。3、单相推挽式逆变电路、单相推挽式逆变电路所用器件比全桥电路少一半，但器件承

10、受的电压比所用器件比全桥电路少一半，但器件承受的电压比全桥电路高出一倍，而且必须有变压器，低频使用全桥电路高出一倍，而且必须有变压器，低频使用受限制。受限制。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-146.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6.46.4 PWM技术技术6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.66.6多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-15一、一、 三相电压型逆变器工作原理三相电压型逆变器工作原理 电路结构电路结构图6.7电压型三相桥式逆变器电路原理图Z Z

11、a aZ Zb bZ Zc cD D1 1D D3 3D D5 5D D4 4D D6 6D D2 2T T1 1T T3 3T T5 5T T4 4T T6 6T T2 2n nV VD Da ab bc c 根据各管导通根据各管导通时间分：时间分： 180 导通型导通型 120 导通型导通型 负载连接方式负载连接方式 型连接型连接 Y型连接型连接无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-161、电压波形、电压波形 相电压波形相电压波形 线电压波形线电压波形无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-172、各阶段的等值电路及电压值、各阶段的等值电路及电压值无源逆变20

12、22-5-15北京交通大学电气工程学院6-183、电压表达式、电压表达式相电压表达式相电压表达式线电压表达式线电压表达式.)11sin1117sin715sin51(sin2ttttUudan.)11sin1117sin715sin51(sin32ttttUudab无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-193、电压表达式、电压表达式（续）（续）相电压有效值相电压有效值线电压有效值线电压有效值dddanUUUU471. 033223342122ddabUUU816. 0)3(242无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-204、感性负载电流、感性负载电流负载电流滞后

13、角小于负载电流滞后角小于60 （a）A相电压波形相电压波形U Uanan（b b）A A相电流波形相电流波形i ia a（c c）T T1 1的电流波形的电流波形i iT1T1（d d）D D4 4的电流波形的电流波形i iD4D4（e e）直流输入电流）直流输入电流i id d无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-214、感性负载情况、感性负载情况（续）（续）负载电流滞后角负载电流滞后角大于大于60 无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-22 感性负载下逆变器中可能有三种电流：感性负载下逆变器中可能有三种电流：功率电流功率电流 它通过两个或三个逆变管，将能量从

14、直流电源送到它通过两个或三个逆变管，将能量从直流电源送到负载。负载。环路电流环路电流 它在逆变器内部经过一个逆变管和一个反馈二极管，它在逆变器内部经过一个逆变管和一个反馈二极管，形成环流，但此环流不经过电源。形成环流，但此环流不经过电源。反馈电流反馈电流 它通过两个反馈二极管将负载的能量反馈到直流电它通过两个反馈二极管将负载的能量反馈到直流电源中去。源中去。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-231、电压波形、电压波形 相电压波形相电压波形 线电压波形线电压波形无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-24 电动机负载工作在发电机状态时，其发出的电电动机负载工作在

15、发电机状态时，其发出的电能通过逆变器电路中的反馈二极管能通过逆变器电路中的反馈二极管D1D6回馈回馈到直流侧，使直流侧电压到直流侧，使直流侧电压Ud升高升高 为限制为限制Ud ，必需将回馈的电能消耗掉或回馈，必需将回馈的电能消耗掉或回馈到电网，具体方案有：到电网，具体方案有：通过制动单元消耗掉通过制动单元消耗掉通过有源逆变桥回馈到电网（见再生方案通过有源逆变桥回馈到电网（见再生方案1）通过脉冲整流器回馈到电网（见再生方案通过脉冲整流器回馈到电网（见再生方案2）无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-25 再生方案再生方案1 功率因数低功率因数低 谐波电流大谐波电流大90图6.12

16、逆变器/电机系统的再生方案一+-T1T3D1T4T6D4T2D6D3T5D2D5ABCM通过有源逆变器将再生能量反馈给电网通过有源逆变器将再生能量反馈给电网无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-26 再生方案再生方案2 功率因数高功率因数高（接近于（接近于1） 谐波电流小谐波电流小LALBLCABC三相脉冲整流器平波电容无源逆变电机图6.13逆变器/电机系统的再生运行方案二M通过脉冲变流器将再生能量反馈给电网通过脉冲变流器将再生能量反馈给电网无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-271、电路结构：、电路结构：逆变器的供电电源为电流源逆变器的供电电源为电流源无源逆

17、变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-282、工作原理及主要波形、工作原理及主要波形1200导电方式导电方式线电流波形线电流波形(a)负载负载型连接时的相电型连接时的相电流波形流波形(b)无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-293、线电流表达式、线电流表达式.)11sin1117sin715sin51(sin32ttttIidA基波电流的幅值为基波电流的幅值为基波电流有效值为基波电流有效值为线电流的有效值为线电流的有效值为ddmAIII1 . 1321ddAIII78. 061ddAIII816. 043212无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-3

18、0 负载负载 型连接时的相电流表达式型连接时的相电流表达式.)11sin1117sin715sin51(sin2ttttIidAB无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-314、电流型逆变器有功功率的反馈、电流型逆变器有功功率的反馈 ： 再生方案再生方案1将交流电源端的相控整流器控制角后移到将交流电源端的相控整流器控制角后移到90 ，使整流器成为有源逆变器，工作在再生状态。使整流器成为有源逆变器，工作在再生状态。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-32 再生方案再生方案2通过脉冲变流器将再生能量反馈给电网通过脉冲变流器将再生能量反馈给电网无源逆变2022-5-1

19、5北京交通大学电气工程学院6-335、特点：、特点：由于有大电感抑流，短路的危险性也比电压型逆由于有大电感抑流，短路的危险性也比电压型逆变器小得多。电路对功率器件关断时间（即功率变器小得多。电路对功率器件关断时间（即功率器件快速性）的要求比电压型逆变器的要求低，器件快速性）的要求比电压型逆变器的要求低，电路相对电压型也比较简单，造价略低。电路相对电压型也比较简单，造价略低。不需要增设反并联的再生变流装置。不需要增设反并联的再生变流装置。电感重量、体积都很大电感重量、体积都很大 ，实际使用不如电压型逆，实际使用不如电压型逆变器广泛。变器广泛。 无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6

20、-346.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6 . 3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.66.6多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-35 方波控制逆变器的问题方波控制逆变器的问题 本身不能调节输出量幅值本身不能调节输出量幅值 输出量中含有大量的输出量中含有大量的5、7、11、13次谐波次谐波 解决方法解决方法 采用采用PWM控制技术控制技术 本课程主要讨论本课程主要讨论电压型电压型PWM逆变器逆变器的控制方法的控制方法无源逆变2022-5-1

21、5北京交通大学电气工程学院6-36 PWMPWM控制的思想控制的思想源于通信技术源于通信技术，全控型器件，全控型器件的发展的发展 使得实现使得实现PWMPWM控制变得十分容易。控制变得十分容易。 PWMPWM技术的技术的应用十分广泛应用十分广泛，它使电力电子装，它使电力电子装置的性置的性 能大大提高，因此它在电力电子技术能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。的发展史上占有十分重要的地位。 PWMPWM控制技术正是有赖于在控制技术正是有赖于在逆变电路逆变电路中的成中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变

22、电路都采用了地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWMPWM技术。技术。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-37方波窄脉冲三角波窄脉冲单位冲击函数正弦半波窄脉冲f (t)d (t)tOa)b)c)d)tOtOtOf (t)f (t)f (t) 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲冲量冲量指窄脉冲的面积指环节的输出响应波形基本相同无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-38i(t )e(t) 实例实例以上实例说明了“面积等效原理”电路输入：e(t)电路输出：i(t)无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-391、目标涵数、目标涵数正弦电压正弦电压使脉冲列的

23、作用效果尽量接近正弦波的作用效果使脉冲列的作用效果尽量接近正弦波的作用效果2、基本原理、基本原理 根据冲量等效（面积等效）原理，用一组根据冲量等效（面积等效）原理，用一组幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲列来幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲列来代替正弦波。代替正弦波。 按同一比例改变各脉冲的宽度即可改变等按同一比例改变各脉冲的宽度即可改变等效正弦波的幅值。效正弦波的幅值。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-40Ou t 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ou tOu t无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-41Ou t 如何用一系列等幅不等宽的脉

24、冲来代替一个正弦半波SPWM波若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。Ou tOu tOu t无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-423、SPWM的控制方法的控制方法离线离线计算法计算法根据输出正弦波的频率、幅值和半根据输出正弦波的频率、幅值和半个周期内的脉冲数计算个周期内的脉冲数计算PWM波各脉冲的宽度和间波各脉冲的宽度和间隔。隔。v 缺点：计算量大，繁琐。缺点：计算量大，繁琐。调制法调制法将目标涵数（波形）作为调制信号，通将目标涵数（波形）作为调制信号，通过对载波的调制得到过对载波的调制得到PWM波形。波形。v 一般用等腰三角形波作为载波；一般用等腰三角

25、形波作为载波；v 根据输出电压波形的极性可分为单极性（或不根据输出电压波形的极性可分为单极性（或不对称）调制和双极性（或对称）调制。对称）调制和双极性（或对称）调制。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-43 单极性调制单极性调制参照单相逆参照单相逆变器说明变器说明正半周：正半周：T1导通，导通，T4交交替通断，替通断，T2、T3截止截止负半周：负半周：T2导通，导通，T3交交替通断，替通断，T1、T4截止截止0tu图6.21 单极性PWM控制方式原理0tcuruofuououDV12in2d1did无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-44uoD3D4bD1D

26、2UT3T4T1T2aRL? ? ?uruc? ? ? ? 6.18 ? ? ? ? PWM? ? ? ?无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-45 双极性调制双极性调制同一桥臂上的同一桥臂上的两个管子处于两个管子处于互补工作状态互补工作状态uruc时：时：T1 、T4导通，导通，T2、T3截止，截止，uo=VDuruc时，时，上桥臂上桥臂T1导通，下桥臂导通，下桥臂T4关关断，断，uao=Ud/2；当；当urauc时，时，T4导，导，T1关断，关断，uao=-Ud/2。 B相和相和C相的控制方式和相的控制方式和A相相同。相相同。 三相调制信号三相调制信号u urara、u u

27、rbrb和和u urcrc的相位依次相差的相位依次相差120120。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-48 在电压型逆变器输出的在电压型逆变器输出的SPWM电压波形中对负载有用电压波形中对负载有用的只是基波电压，谐波电压在负载上产生谐波电流，的只是基波电压，谐波电压在负载上产生谐波电流，只会给负载带来负面影响，如产生谐波损耗、噪音、只会给负载带来负面影响，如产生谐波损耗、噪音、脉动转矩。因此脉动转矩。因此基波电压越大越好基波电压越大越好。 可以证明当可以证明当n 较大时，较大时，SPWM电压波形的基波电压与电压波形的基波电压与调制信号调制信号ur的幅值近视成正比，因此的幅值

28、近视成正比，因此调节调节ur的幅值便的幅值便可控制基波电压的幅值。可控制基波电压的幅值。 调节调节ur的频率便可控制基波电压的频率的频率便可控制基波电压的频率。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-491 1、定义载波频率、定义载波频率f fc c与调制波频率与调制波频率f fr r之比为载波比之比为载波比N N，定义调制波与载波的幅值之比为调制比定义调制波与载波的幅值之比为调制比M。rcffN cmrmUUM 2、对脉宽调制的制约条件、对脉宽调制的制约条件（1）器件开关频率对）器件开关频率对N N的限制：为了使逆变器的的限制：为了使逆变器的输出波形尽量接近正弦波，应尽可能增大

29、输出波形尽量接近正弦波，应尽可能增大N N ，但但N N必须满足下列条件必须满足下列条件率最高的正弦调制信号频关频率功率开关器件的允许开N无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-50（2）器件的导通时间）器件的导通时间ton、关断时间、关断时间toff对对M的限的限制（最小脉宽与最小间歇的限制）：制（最小脉宽与最小间歇的限制）： 为保证主电路开关器件的安全工作，必须使调为保证主电路开关器件的安全工作，必须使调制成的脉冲波有个最小脉宽与最小间歇的限制，制成的脉冲波有个最小脉宽与最小间歇的限制，以保证最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间以保证最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间ton，而

30、最小脉冲间歇大于器件的关断时间，而最小脉冲间歇大于器件的关断时间toff。因此对因此对M有限制有限制 ， M在在01之间，之间，实际上小于实际上小于1 1。 无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-51 根据调频过程载波比的变化情况，根据调频过程载波比的变化情况，PWMPWM调制方式可分为调制方式可分为异异步调制步调制和、和、同步调制同步调制和和分段同步调制分段同步调制。1、异步调制、异步调制 载波信号和调制信号不同步的调制方式，载波信号和调制信号不同步的调制方式，通常保持通常保持f fc c固定不变，当固定不变，当f fr r变化时，载波比变化时，载波比N N是变化的。是变化的

31、。特点：特点：在信号波的半周期内，在信号波的半周期内，PWMPWM波的脉冲个数不固定，相位波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/41/4周期的脉冲也不对称周期的脉冲也不对称波形对称性差；波形对称性差；当当f fr r较低时，较低时，N N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小称产生的不利影响都较小低频特性相对较好；低频特性相对较好；当当f fr r增高时，增高时，N N减小，一周期内的脉冲数减少，减小，一周期内的脉冲数减少，PWMPWM脉冲脉冲不对称的影响变大不

32、对称的影响变大高频特性相对较差高频特性相对较差。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-522、同步调制、同步调制载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即使载波与信号波保持同步，即N N等于常数。等于常数。图6-10ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud 同步调制三相PWM波形讨论讨论三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除fr很高时，fc会过高，使开关器件

33、难以承受无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-5300.40.81.21.62.02.410203040506070802011479969453321图6-11fr /Hzfc /kHz3、分段同步调制、分段同步调制异步调制和同步调制的综合应用异步调制和同步调制的综合应用讨论：把整个fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段的N不同在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高； 在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低为防止fc在切换点附近来回跳动，采用滞后切换 的方法结论：同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容 易实现可在低频输出时采用异步调制方式，

34、高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-54（一）模拟控制（一）模拟控制 生成方式生成方式 特点：实时性好，但控制电路复杂，可靠性差特点：实时性好，但控制电路复杂，可靠性差无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-55 数字控制数字控制 生成方式（包括用微机实时计算生成生成方式（包括用微机实时计算生成或用专用芯片生成）或用专用芯片生成）目前最常用的生成方式。目前最常用的生成方式。 特点：控制电路简单、可靠。特点：控制电路简单、可靠。用微机实时计算生成用微机实时计算生成SPWM控制信号时，关键

35、问题控制信号时，关键问题是如何快速、准确地计算出脉冲宽度。这主要取决是如何快速、准确地计算出脉冲宽度。这主要取决于脉冲宽度计算方法。于脉冲宽度计算方法。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-561、基本概念、基本概念自然采样法自然采样法：按照正：按照正弦调制波与三角载波弦调制波与三角载波的自然交点，采集脉的自然交点，采集脉冲前、后沿时刻，生冲前、后沿时刻，生成成SPWM波形，叫做波形，叫做自然采样法。自然采样法。（Natural Sampling） 1t2t2t1t3TcttABtAtB图6.25生成SPWM波形的自然采样法M sin1tt2无源逆变2022-5-15北京交通大

36、学电气工程学院6-57规则采样法规则采样法：按照某种规则采集脉冲前、后沿时刻，：按照某种规则采集脉冲前、后沿时刻，生成生成SPWM波形，叫做规则采样法（波形，叫做规则采样法（Regular Sampling）。）。 t1t3TcttABtet2t1t3TcttABtd图6.26生成SPWM波形的规则采样法urdDt2E(a) 规则采样法(b) 规则采样法ure(a)(b)无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-582、自然采样法脉宽计算、自然采样法脉宽计算ActMTt1sin22121BActtMTt112sinsin212超越方程，求解困难！虽能确切反映正弦脉宽超越方程，求解困

37、难！虽能确切反映正弦脉宽调制的原始方法，却不适于微机实时控制。调制的原始方法，却不适于微机实时控制。1t2t2t1t3TcttABtAtB图6.25生成SPWM波形的自然采样法M sin1tt2BctMTt1sin22123无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-593、规则采样法、规则采样法II脉宽计算脉宽计算ectMTt12sin1223121tTttc规则采样法的实质是用阶梯波来代替正弦规则采样法的实质是用阶梯波来代替正弦波，从而简化了算法，适合微机实时控制。波，从而简化了算法，适合微机实时控制。 t1t3TcttABtet2t1t3TcttABtd图6.26生成SPWM波

38、形的规则采样法urdDt2E(a) 规则采样法(b) 规则采样法ure(a)(b)无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-606.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6 . 3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.4 PWM技术技术6.66.6多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-61一、电流跟踪控制一、电流跟踪控制PWM 目标涵数目标涵数正弦电流正弦电流使实际输出电流尽量接近正弦参考电流使实际输出电流尽量接近正弦参考电流 电流跟踪控制的方法很多，最基本的方法是电电流跟踪控制的

39、方法很多，最基本的方法是电流流滞环滞环跟踪控制跟踪控制 ，其它方法都是对，其它方法都是对滞环滞环跟踪控跟踪控制制 的改进的改进无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-62 电流滞环跟踪控制的原理电流滞环跟踪控制的原理 设定参考电流设定参考电流i i* *环及环宽环及环宽2h 将实际电流将实际电流i i与参考电流与参考电流i i* *比较比较 根据比较结果控制上、下桥臂根据比较结果控制上、下桥臂 图6.29电流滞环跟踪控制的一相原理图ia*2hi+-VDT1T41-iaEaAD1D4O tO t+0.5VD-0.5VDPWM电压波形t1t2t0t1t2(b)(a)图6.30电流滞环

40、跟踪控制时电流波形与PWM电压波形（a）电流滞环跟踪控制时电流波形（b）PWM电压波形2hia=f(t)ia=f(t)*滞环环宽滞环环宽无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-63 电流滞环跟踪控制的特点电流滞环跟踪控制的特点属于闭环控制（跟踪型属于闭环控制（跟踪型PWM控制的共同特点）控制的共同特点）控制电路简单控制电路简单电流响应快电流响应快不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波电流控制的精度与滞环比较器的环宽有关电流控制的精度与滞环比较器的环宽有关v 环宽大：谐波电流分量大，但开关频率低；环宽大：谐波电流分量大，但开关频率低；v

41、 环宽小：谐波电流分量小，但开关频率高。环宽小：谐波电流分量小，但开关频率高。开关频率开关频率 不固定不固定无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-64 影响开关频率的因素影响开关频率的因素DaDchLVdtdiLEVttf24112221 开关频率开关频率fc与环宽与环宽2h成反比成反比; 负载电感负载电感L越大，越大， fc越小；越小； 直流侧电压直流侧电压VD值越大，值越大， fc越大越大; 参考电流参考电流i i* *的变化率越大，的变化率越大， fc越小；越小； 负载反电势负载反电势Ea越大，越大， fc越小。越小。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-

42、65 最大的开关频率发生在最大的开关频率发生在Ea=0（电机堵转）且参（电机堵转）且参考电流考电流i i* *的变化率为零的时刻，此时的变化率为零的时刻，此时,32,28max0thLVfDc 为了在功率器件的允许开关频率为了在功率器件的允许开关频率 范围内得到较范围内得到较好的电流波形，派生出了很多种电流跟踪控制方好的电流波形，派生出了很多种电流跟踪控制方法，这些控制方法的实质是：使任何时刻实际开法，这些控制方法的实质是：使任何时刻实际开关频率尽可能达到最大设计值。关频率尽可能达到最大设计值。无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-66 改进方法改进方法1变环宽电流滞环跟踪控制

43、变环宽电流滞环跟踪控制BdiadtChmaxhminuE-A+-ia图6.32由改变滞宽保持恒定的控制方式之一dia/dtfcia*ia*ia*D根据参考根据参考电流变化电流变化率实时调率实时调整滞环宽整滞环宽度，使开度，使开关频率恒关频率恒定定无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-67 改进方法改进方法2带开关频率闭环的电流滞环跟踪控制带开关频率闭环的电流滞环跟踪控制fc*+-+-f/VPWM输出fc图6.33用频率闭环使恒定的原理电路图fcia*ia将实际开关频率将实际开关频率与参考开关频率与参考开关频率进行比较，据此进行比较，据此结果实时调整滞结果实时调整滞环宽度，使开关

44、环宽度，使开关频率恒定频率恒定无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-68 目标涵数目标涵数消除特定次谐波消除特定次谐波无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-69 用脉宽调制消除指定的谐波分量用脉宽调制消除指定的谐波分量 式中式中 为了消除为了消除3次和次和5次谐波，可令次谐波，可令 U3M=0和和 U5M=0 可求得特定的可求得特定的 1和和 2nnMntnUtu.531sin)(、cos2cos21421nnnUUdnM05cos25cos2103cos23cos212121无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-70 目标涵数目标涵数圆型磁通轨

45、迹圆型磁通轨迹 SPWM控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，至于电流波形，则还会受负载电路参数的影响波，至于电流波形，则还会受负载电路参数的影响 。 电流跟踪控制则直接着眼地输出电流是否按正弦变化，电流跟踪控制则直接着眼地输出电流是否按正弦变化，这比只考察输出电压波形要进了一步。这比只考察输出电压波形要进了一步。 异步电机需要输入三相正弦电流的最终目的是在空间产异步电机需要输入三相正弦电流的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。电压空间生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。电压空间矢量矢量PWM控制就是控制就是以圆形旋转

46、磁场为目标来控制输出以圆形旋转磁场为目标来控制输出电压电压 。 无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-71 三相电压型逆变器共有三相电压型逆变器共有8种工作状态种工作状态 u1u2u3u4u5u6u0u7无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-72 磁链的运动方向与电压空间矢量的方向一致磁链的运动方向与电压空间矢量的方向一致11u1u1图6.35旋转磁场与电压空间矢量运动轨迹的关系u4u3u2u1u6u5/3u8u7.图6.37由PWM逆变器供电时三相电机的电压空间矢量无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-73 PWM控制技术在电力电子领域有着广泛

47、的应用，它推控制技术在电力电子领域有着广泛的应用，它推动了电力电子技术的发展动了电力电子技术的发展 谐波消除谐波消除PWM技术技术在晶闸管逆变器上用得较多，它较在晶闸管逆变器上用得较多，它较好地解决了在开关频率不高的情况下消除危害最严重好地解决了在开关频率不高的情况下消除危害最严重的谐波的问题的谐波的问题 电流跟踪控制电流跟踪控制PWM技术技术要求功率开关器件具有较高的要求功率开关器件具有较高的开关频率，通常只用在开关频率，通常只用在IGBT逆变器上。逆变器上。 SPWM技术技术和和电压空间矢量电压空间矢量PWM技术技术是目前最通用的是目前最通用的PWM技术，相比而言，技术，相比而言，电压空间

48、矢量电压空间矢量PWM技术技术更有更有发展前途。发展前途。 重点掌握重点掌握SPWM技术技术无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-746.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6 . 3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.4 PWM技术技术6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-75 多重化的目的多重化的目的消除或减少低次谐波，改善逆变器的输出波形；消除或减少低次谐波，改善逆变器的输出波形；增大装置容量。增大装置容量。 多重连接方法多重连接方法电流型

49、电流型逆变单元多重连接：逆变单元多重连接：N个逆变单元的输出个逆变单元的输出并并联联（直接并联或经过变压器耦合后并联），各逆变（直接并联或经过变压器耦合后并联），各逆变单元的运行相位彼此错开单元的运行相位彼此错开60o/N。 电压型电压型逆变单元多重连接：逆变单元多重连接：N个逆变单元的输出经个逆变单元的输出经过变压器耦合后过变压器耦合后串联串联，各逆变单元的运行相位彼此，各逆变单元的运行相位彼此错开错开60o/N。 无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-761、无输出变压器的电流型逆变器多重连接、无输出变压器的电流型逆变器多重连接 无源逆变2022-5-15北京交通大学电气工程学院6-77 基本关系基本关系总输出电流基波有效值总输出电流基波有效值总输出电流谐波分量有效值总输出电流谐波分量有效值逆变单元的输出相位彼此错开逆变单元的输出相位彼此错开=30 时，直流侧输入时，直流侧输入电压电压 ED1=