第5章无源逆变电路PWM基础

1、第五章第五章 直交变频电路直交变频电路第一节第一节 SPWMSPWM 基础基础脉宽调制是用高度相同，宽度不等的矩形脉冲列去脉宽调制是用高度相同，宽度不等的矩形脉冲列去逼近一个所需要的电压或电流波形。逼近一个所需要的电压或电流波形。幅值调制比：幅值调制比：正弦信号的幅值与三角波信号的幅值正弦信号的幅值与三角波信号的幅值之比，用之比，用m ma a表示。表示。频率调制比：频率调制比：三角波信号的频率与正弦信号的频率三角波信号的频率与正弦信号的频率之比，用之比，用m mf f表示。表示。m mf f也称为载波比。也称为载波比。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师单极性调制与双极性调制单极性调制

2、与双极性调制+1-1单极性脉宽调制所得到的单极性脉宽调制所得到的PWMPWM信号有正、负和信号有正、负和0 0三种三种电平。双极性脉宽调制所得到的电平。双极性脉宽调制所得到的PWMPWM信号只有正负信号只有正负两种电平。两种电平。异步调制与同步调制异步调制与同步调制仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师20110020304050607021334569991470.41.61.20.82.42.0基频基频仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师分段同步调制分段同步调制将逆变器的工作频率范围划分为若干个频率段，在将逆变器的工作频率范围划分为若干个频率段，在每个频率段保持频率调制比为常数。

3、每个频率段保持频率调制比为常数。开关频率开关频率ucut-T/2+T/2T0ucut-T/2+T/2T0脉宽调制波形的脉宽调制波形的优化选择优化选择性的性的谐谐波波消除消除适当改适当改变波形的宽度或变波形的宽度或开适当开适当宽度的宽度的“缺口缺口” 可以消可以消除除波形波形中特定中特定的的谐谐波。波。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师SPWMSPWM的算法的算法自然采自然采样样法法和和规则规则采采样样法法u(wt) =U nm sinnwt2由付立叶级由付立叶级数数npUnm = p (Ud /2)sinnwtd(wt)0要要消除某次谐消除某次谐波，波，使该次谐使该次谐波电压的波电压的

4、积积分为分为零即零即可可。从积从积分的分的意义上看意义上看，就就是是使谐使谐波波面积面积为为零零。例例如原如原波形波形中中有有3 3次次和和5 5次次，若，若改改变脉冲宽度变脉冲宽度则消除了则消除了3 3次次、5 5次次 。这这种种方方法不法不能能同同时消除几时消除几个个谐谐波波t02tt02t仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师npt02tt加加，5 5次就被消除次就被消除。波。波形形叠加叠加的的结果就结果就是在是在原原波形波形上上“开开”了了一个一个“槽槽”。所。所以通过开沟槽以通过开沟槽能够消除谐能够消除谐波。波。当当在在原原波形波形上开上开一个一个槽时根据槽时根据付立叶级付立叶级

5、数分数分析析只只消除消除U d某某一一次次 2谐谐波。波。方方波波中谐中谐波的幅值是：波的幅值是：仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师另另一种一种理解方理解方法法: :为为消除谐消除谐波，波，注入注入一个一个大小大小相等相相等相位位相相反反的的谐谐波，波，则原则原波形波形中中的的谐谐波波被抵消被抵消。在。在图图示示波形波形中中，为，为消除消除5 5次次，需要，需要注入注入一个一个反反相的相的5 5次次。交交流脉冲流脉冲中中有有5 5次次分分量量。若两个波形。若两个波形叠叠U d sinU d =U d sinnpnp4 nb则对应则对应的的n n次谐次谐波将波将被消除被消除。由此可由此可

6、得到得到计计算脉冲算脉冲的宽度的宽度的的公式公式：交交流脉冲的幅值是：流脉冲的幅值是：np 24 4当当nb2成立成立sin= 0.5nb2交交流脉冲的流脉冲的中心必须位于距方中心必须位于距方波波过零点起过零点起算的、算的、所需所需消除消除的的谐谐波的波的四四分之一分之一周期处周期处，即即：p2n仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师而而脉冲宽度为脉冲宽度为、脉冲、脉冲中心距方中心距方波的波的边缘边缘为为度的度的-1t2uo0 12-Ud/2-2Ud/2-Ud/2Ud-UdUd/2同同样样，若要同，若要同时消除时消除两个两个电压电压谐谐波，波，应当应当在在原原波形波形上开上开二二个个槽槽。

7、或。或增增加加二二个个与与原原波形极性相波形极性相反反的负脉的负脉冲。冲。适当适当地地选择选择负脉冲的负脉冲的宽度和宽度和位位置置就可消除这就可消除这两两个个谐谐波电压。波电压。规则规则：在：在方方波波上上每每开开一个一个槽可消除槽可消除一个一个特定特定的的谐谐波。波。开槽开槽后会后会基波基波成成份降低份降低, ,使使其它其它高高次谐次谐波的幅值波的幅值增增大大。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师u(wt) =U nm sinnwtUdsinnwtd(wt)+sinnwtd(wt)pUd n=2pp(Ud /2)sinnwtd(wt)0Unm+a1 a2=0 a1p-a2 p-a1 p

8、sinnwtd(wt)+ sinnwtd(wt)+ sinnwtd(wt)a2 p -a2 p -a1=1-2 cosna1 +2 cosna2 n 2p由付立叶级由付立叶级数数仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师为为消除消除3 3、5 5次谐次谐波波令令U U3m3m=0=0和和U U5m5m=0=0：1- 2cos3a1 + 2cos3a2 = 01- 2cos5a1 + 2cos5a2 = 0联联立方立方程组程组可可得到得到特定特定的角度值的角度值1 1=23.62=23.62和和2 2=33.3=33.3。采用。采用这这种种方方法法可以可以用用较低较低的的开开关关频率频率去去掉掉

9、不不希望希望的的低低次谐次谐波。波。这这种种方方法的法的优点优点是是可以可以有有效地抑效地抑制和制和消除消除低低次谐次谐波。波。（增（增加加滤滤波器不是有波器不是有效效的的方方法法）。它它特特别别适适合合在在UPSUPS（不不间断间断电电源）源），电，电力牵引力牵引用的逆变器等用的逆变器等场场合合应应用。用。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师uOZUdD1xD2T1+T2Ud/2-ioUd/2+-y+-T1T2compT2T1ucutinvtuoUd/2-Ud/2仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师第第二二节电压节电压型型脉宽调制逆变电脉宽调制逆变电路路1 1单相单相半桥半桥PW

10、MPWM逆变电逆变电路路分分析析Ud/2uot-Ud/2T1D1T2D2设设负载为电负载为电阻阻电电感感性。性。由由半桥半桥的的知识知识可可推出推出：VoVo为正：为正：T T1 1或或D1D1导导通通。电流正。电流正时时为为T T1 1通通负为负为D D1 1通通VoVo为负：为负：T T2 2或或D D2 2导导通通。电流正。电流正时时为为D D2 2通通负为负为T T1 1通通仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师sinw1t =uo(1) =U d2载电流为负载电流为负时时是是T T2 2或或D D1 1工作。工作。输出输出电压电压u uo o的基波分的基波分量量U d Ucm2

11、Utma sinw1t输出输出电压电压u uo o的的谐谐波分波分布布的的规规律律是是fh = ( jm f k) f1J J为为偶偶数数时时k k取奇取奇数，数， j j为为奇奇数数时时k k取偶取偶数。数。上式上式表表明明，谐谐波分波分量量总总是是以以三角波频率三角波频率及其倍及其倍数数m mf f，2m2mf f，3m3mf f为为中心中心频率，形频率，形成边成边带带。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师这样这样得到得到了了单相单相半桥半桥PWMPWM逆变电逆变电路路工作工作时时各各个个开开关关的工作的工作情况情况。对对半桥半桥电电路任何路任何时时刻刻只有一个只有一个开开关关导导通

12、通。负载电流为正。负载电流为正时时，总总是是T T1 1或或D D2 2工作，相工作，相反反负负10.00.40.2mfmf+22mf3mf2mf+12mf+33mf+23mf+43 3 单相单相桥桥PWMPWM逆变电逆变电路路分分析析单极性单极性控控制制单极性单极性控控制是用一制是用一条条等等腰腰三角波与三角波与二条二条幅值与频率幅值与频率相同、相同、但但相相位位相相差差180180度的度的二条二条正弦波正弦波进行进行比比较较，分分别别得到两个得到两个桥臂桥臂开开关关的的通通断断时时刻刻。在在输出输出电压的电压的半周内半周内，电压极性只在一个极性，电压极性只在一个极性方方向向变变化化。故故称

13、称“单极性单极性控控制制”。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师0.80.6INVCOMPuc+T4T1INVCOMPT3T2uc-utuOZT3T4T1UdD1+D2D3D4xyT2-uc+uc-utT1T4T2T3uO仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师+-+uOUdT1x- yT3+uOD1Udx- yD3+UdxyuO T2-T4+UdxyuO D2-D4+uOT4x- yD3+uOD4x- yT3uOD1xyT2uOT1xyD2仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师电电路路中可能中可能出现出现的工作的工作模模式式。其其中中非非零零 零零各各4 4种种T1D1T2D2T

14、3D3T4D4uXuYuOiOid仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师在在区域区域A1A1，T T3 3T T4 4为为导导通通信号，信号，因因i io o为负为负故故D D3 3T T4 4导导通通。在在A2A2，T T1 1T T3 3为为onon信号，信号，但但i io o为负为负故故D D1 1D D3 3导导通通。在在A3A3，T T1 1T T2 2为为onon信号，信号，i io o为正，为正，故故T T1 1D D2 2导导通通。在在A4A4，T T1 1T T3 3为为onon信号，信号，i io o为正，为正，故故T T1 1T T3 3导导通通。在在A5A5，T T

15、3 3T T4 4为为onon信号，信号，i io o为正，为正，故故T T3 3D D4 4导导通通其它区域其它区域的分的分析方析方法相同。法相同。从上从上述述分分析析知知：1 1）任）任意时意时刻刻有两个有两个开开关关工作。工作。2 2）开开关关工作不工作不对对称。称。3 3）负载电流的负载电流的功功率率因因数要数要影响影响开开关关的工作的工作时时间间。4)4)可可控控开开关关对对导导通时通时电电源向源向负载负载供供能能；可可控控开开关二关二极极管管对对导导通时通时，负载电流，负载电流环环流，电流，电源源不不供供能能；二二极极管管对对导导通时通时，负载，负载向向电电源源反反馈馈电电能能。主

16、主要的要的计计算算式式：仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师uo(1)Ud Ucm2 Utsinw1t -sin(w1t -p)=Udma sinw1t=谐谐波电压的分波电压的分布布规规律律是是fh = ( j2m f k) f1输出输出电压的频率电压的频率谱谱图图2mf+110.20.00.80.60.4mf3mf2mf+32mf4mf+14mf+34mf+54mf与与半桥半桥电电路路的频的频谱谱图图比比较较，谐谐波分波分量量与幅值与幅值都都改改善善了了仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师采用采用SPWMSPWM调制调制技术技术可以可以抑抑制与制与消除消除高高次谐次谐波，波，但但

17、逆逆变器变器从从直直流流侧吸侧吸取取的电流的电流必必然然包含包含一个一个二二次次电流分电流分量量。这这个电流流个电流流经直经直流流侧支撑侧支撑电电容容时时产生产生的电压的的电压的脉脉动动是不是不容忽视容忽视的。的。UoIoU dUoIoU d2UoIoU duo(t)io(t)ud=id (t) =cos(2w1t -f) = Id -id cosf -sinw1t sin(w1t -f)仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师直直流流侧侧电流电流由由直直流分流分量量与与交交流分流分量量构构成成。直直流分流分量量对应于从对应于从直直流流侧传送侧传送到到交交流流侧侧的有的有功功功功率率；交交流

18、分流分量量是一个两是一个两倍倍于交于交流流侧侧基波频率的正弦基波频率的正弦量量。称为。称为“二二次谐次谐波波”。INVINVINVuAuBuCutT1T4aT6T3bT2T5c+Ud-+uan-COMPCOMPCOMP+ubnn -T4T1T6T3T2T5+ucn-tttttttuboucouabubcucauaoutuAuBuC仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师三相三相桥桥式式SPWMSPWM逆变电逆变电路路分分析析由由三个基三个基本本的单相的单相半桥半桥PWMPWM逆变电逆变电路组路组成成的。的。各半桥各半桥的的控控制信号制信号各各相相差差1/31/3周期周期。sinw1t -si

19、n(w1t -masinw1t -sin(w1t -2pma 3cos(w1t - )U d p)2p3ucm U d ucmut 2 utU AB(1)3=U d2U d2maU d32线线电压基波幅值电压基波幅值U UABm(1)ABm(1) U ABm(1) =2 3线线电压基波有电压基波有效效值值U UAB(1)AB(1)32 2maU d = 0.612maUdU AB(1) =仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师线线电压基波是电压基波是谐谐波电压的分波电压的分布布规规律律是是2mf+110.00.20.80.60.4mf2mf3mf4mf3mf+23mf+4mf+24mf+1

20、4mf+5三相三相桥桥式式SPWMSPWM逆变电逆变电路路分分析析设设负载为负载为感感性，电流性，电流滞滞后后电压一个相角。电电压一个相角。电路路的工的工作作模模式式：a a）三个三个可可控控开开关导关导通通。此时此时负载负载从从直直流电流电源源获获得得能量能量。这这三个三个可可控控开开关关是是6 6个个开开关关中中的三个。的三个。b b）二）二个个可可控控开开关关和一个和一个二二极极管导管导通通。此时此时负载负载从从电电网获网获得电得电能能，同，同时时，无无功功在在绕绕组内组内交交换换。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师T2aT1ncbD3+Ud-D2aT1ncbD3+Ud-nT2c

21、T1aT6b+Ud-c c）二）二个个二二极极管管和一个和一个可可控控开开关导关导通通。无无功向功向电电源源反反馈馈同同时时也在也在绕绕组间组间交交换换。d d）在在SPWMSPWM方式方式工作的逆变电工作的逆变电路路中中，有两种，有两种特特殊殊模模式式：T T135135全部全部为为导导通通信号和信号和T T246246全部全部为为导导通通信号。信号。当当T T135135为为导导通通信号信号时时，根据规则根据规则T T246246是是关断关断的。同的。同理理D D246246也是也是关断关断的。的。因因为为D D246246的的导导通通不不会阻会阻碍碍T T135135的的导导通通，而而T

22、 T135135的的导导通通却却要要关断关断D D246246。此时此时，T T135135与与D D135135中中哪些真哪些真正正导导通通，与，与当时当时的电流有的电流有关关。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师在逆变电在逆变电路路中中，工作，工作模模式式与负载电流的相与负载电流的相位位。（超超前前或或滞滞后）后）有有关关。假假定定负载电流负载电流滞滞后后负载电压。负载电压。在在区域区域1 1中中T T135135为为onon信号，信号，这这种种模模式式在在方方波逆变电波逆变电路路中中是是没没有的。有的。由于由于i ia a、i ic c为正，为正，i ib b为负为负（正表示流正表

23、示流出出该该相，负表示流相，负表示流入该入该相相）nT1T4acUd+-T3bT6+uan-T5T2+ubn-+ucn-若若i ia a为正为正i ib b、i ic c为负，为负，则则T T1 1与与D D3 3D D5 5导导通通；若若i ia ai ib b为正为正i ic c为负，为负，则则T T1 1T T3 3与与D D5 5导导通通；其；其余类余类推推。当当T T246246为为导导通通信号信号时时，分分析方析方法与法与此此相同。相同。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师4 5 61 2 3f g hc d e9 a b6 7 83 4 51 2仅内部使用仅内部使用 郭小舟

24、老师郭小舟老师vavbvcvabvbcvcanT1aT5cD3b+Ud-aT1nT5cbT6+Ud-仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师所所以此时以此时是是T T1 1T T5 5和和D D3 3导导通通。输出输出电压为电压为零零。这这是是2T1D2T1D导导通通的的情况情况。电。电源源不不供供能能。见见示示意图意图。在在区域区域2 2中中T T561561为为onon信号。信号。 i ia a、i ic c为正，为正，i ib b为负，为负，这这表表明明T T561561工作，工作，这这是是3T3T导导通通情况情况。此时此时电电源源给给负载负载供供能能。I Id d=-i=-ib b。

25、在在区域区域3 3中中T T612612为为onon信号。信号。 i ia a为正、为正、i ib b为负，为负， i ic c由由正变负。正变负。这这表表明明T T1616的的状态状态不变，不变，而而C C相电相电路路先先是是D D2 2工作，电流到工作，电流到零零后后T T2 2工作。电工作。电路路由由2T1D2T1D变变成成3T3T在在区域区域4 4中中T T246246为为onon信号，信号，这这种种模模式式在在方方波逆变电波逆变电路路中中也是也是没没有的。有的。由于由于i ia a为正，为正，i ib b 、i ic c为负，所为负，所以以电电路路中中D D4 4T T6 6T T2

26、 2导导通通。电。电路环路环流，电流，电源源无无电流流电流流入入。nD2cT1T6ab+Ud-nT2cT1T6ab+Ud-+Ud-nD4acT2bT6在在区域区域5 5中中T T612612仍仍然为然为onon信信号。号。 i ia a为正、为正、i ib b i ic c为为负，负， 电电路路中中是是3T3T工作。工作。此时此时电电源向源向负载负载供供电电能能。Id=iaId=ia。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师通过上通过上述述方方法法可以对可以对每个每个区域区域器器件件的的导导通通情况进行情况进行分分析析。电。电路路有有如如下下规规律律：1 1）电电路路有有上上部部3 3个个开

27、开关关或或下部下部三个三个开开关关同同时时导导通通的的情况情况。此时此时输出输出电压为电压为零零。电。电源输源输入入电流为电流为零零。2 2）当当滞滞后后的的功功率率因因数角数角小于小于6060度度时时，电，电路路工作工作时时总总是在是在上上（下下）全全通通、2T1D2T1D、3T3T这几这几种种模模式中式中转转换换。当当滞滞后后的的功功率率因因数角数角大于大于6060度的度的情况情况自自行行分分析析。三相三相桥桥式式PWMPWM逆变器逆变器直直流流侧侧电流电流假假定定直直流电压为常值。三相逆变电流电压为常值。三相逆变电路路的的输出输出线线电流电流经经滤滤波电波电路滤路滤成成完全完全正弦波，负

28、载有正弦波，负载有滞滞后后的的功功率率因因数。相电压与相电流的数。相电压与相电流的滞滞后后相角为相角为。直直流流侧瞬侧瞬间间输出功输出功率率必必然等然等于交于交流流侧侧的的瞬瞬时时输出功输出功率：率：仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师=id =cosf = Id3UoIoUd2UoIoUd+cos( w1t -240)cos( w1t-240-f)cosw1tcos( w1t -f)+cos( w1t -120)cos( w1t -120-f)上式上式表表明明，在三相，在三相PWMPWM逆变电逆变电路路中中，直直流电压流电压源源提提供供的电流是一个的电流是一个直直流电流。流电流。实际实

29、际中这中这个电流个电流中中还还有有一一些些高频高频谐谐波电流。波电流。但因其但因其频率高，频率高，对中对中间间直直流电流电压的压的影响影响可以可以忽略忽略不不计计。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师Udid (t) = uAn1(t)iA(t)+uBn1(t)iB(t)+uCn1(t)iC(t)若三相负载平若三相负载平衡衡、电、电路处路处于于稳态稳态uOZUdD1xD2T1+T2Ud/2-ioUd/2+-y+-tT1T2T1T2ttttt以以半桥半桥电电路路为为例例，为，为防止短防止短路路，T1与与T4的的上上升沿升沿都都延迟延迟了了t，即即在在t内内T1与与T4均均关断关断。 t称为

30、称为仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师桥臂桥臂互锁互锁时时间间对对PWMPWM逆变电逆变电路路特特性的性的影响影响电压电压源源逆变电逆变电路路是是“纵纵向向”换换流电流电路路。即上即上、下下开开关关间间交交换状态换状态。理理想想情况情况下下T1T2的的开开关关可可同同时时进行进行。但但实际实际上由于开上由于开关关需要需要时时间间，必须必须先先关后关后开开。即即先先关断导关断导通通的的开开关关，再再导导通应当通应当导导通通的的开开关关。否否则则会会引引起起系统系统的的短短路路，烧毁烧毁开开关关。考查考查图图示电示电路路。设设原原先先T T1 1导导通通。若负载电流为。若负载电流为正正（流

31、流出）出），当当T T1 1T T4 4均均截止截止时时，则则D D4 4导导通通续续流，不流，不产生产生电压电压损失损失。与与没没有有t时时相比，相比，输输出出电压不变。电压不变。若若输出输出电流为负，电流为负，即即负负载电流流载电流流入入A相，相，则则D1必必然然导导通通，与，与没没有有t时时相比，相比，输出输出电压电压增增大大。T1T4uA0T1T4uA0ttT1T4UdD1ioD4UU ddDD 11ii ooDD 44A AUU d d2200UU d d22仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师互锁互锁时时间间或或死死时时间间。t对对对对PWMPWM逆变电逆变电路路特特性的性的

32、影响影响若若原原先先T T4 4导导通通（信号信号）。若负载电流为正若负载电流为正（流流出）出）时时D D4 4实际实际在在导导通通。在。在t 期间期间T T1 1T T4 4均截止均截止，则则D D4 4续续流，流，这这会会产生产生电压电压损损失失。若若原原先先T T4 4导导通通（信号信号）。若负载电流为负若负载电流为负（流流入入）时时T T4 4实际实际在在导导通通。在。在t 期间期间T T1 1T T4 4均截止均截止，则则T1T4uA0T1T4UdD1ioD4UdD1ioD4AUd2Ud20T1T4uA0tD D1 1续续流，不流，不会会产生产生电压电压损损失失。正负或正负或方方向向

33、有有关关。它它对对PWM逆变电逆变电路路的的影响影响可可用用仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师tiA02UA0uot死死时时间间的的影响影响表表现现在：在：1）输出）输出电压变电压变小小。2）波形波形畸畸变，不变，不再满足再满足SPWM的的规则规则，出现出现理理论论分分析中析中没没有的有的谐谐波。需要波。需要说说明明的的是，是，当开当开关关频率频率越越高高死死时时间间的的影响影响越越大大。所。所以以不不应应当当采用采用过过高的高的开开关关频率。频率。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师用用PWM脉冲列与一个与电流极性有脉冲列与一个与电流极性有关关的脉冲列的的脉冲列的叠加叠加来来表

34、示。表示。PWM技术的优化与其它的技术的优化与其它的PWM技术技术所所谓谓优化优化是是指指采用采用某某种种特特殊殊的的处处理方式理方式，使使PWM技技术术在在某某个或个或某某些些方面方面有有最好最好的的指指标标。1）提提高高直直流电压的流电压的利利用率用率SPWM的的直直流电压流电压利利用率用率差差。这这是是因因为在正弦脉宽为在正弦脉宽调制调制时时正弦波的幅值不正弦波的幅值不能能超超过过三角波的幅值，三角波的幅值，即即mama1 1的的原原因因。采用采用“三三次谐次谐波波注入注入法法”。可以可以再再增增大大调制波的幅值调制波的幅值而而不不会出现会出现“过过调制调制”。虽虽然然桥臂输出桥臂输出电

35、压电压中中含含有三有三次谐次谐波，波，但但在逆变器在逆变器输出输出的的线线电压波形电压波形中中，三，三次谐次谐波波被抵消被抵消。采用。采用这这种种方方法法可使可使输出输出电压的基波幅值电压的基波幅值增增大大，从而从而提提高高了了直直流电压流电压利利用率。一用率。一般般3 3次次的幅值的幅值为基波的为基波的1/61/6。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师022）减减小开小开关关次次数数SPWM时开时开关关的频率的频率很很高，高，这这表表明明开开关关损损耗很耗很大大。系统系统的的效效率率会降低会降低。为。为减少减少开开关关频率，一种称为频率，一种称为“6060度调制度调制”的脉宽调制的脉宽

36、调制方方法法已已在在大大功功率逆变器率逆变器中应中应用。用。6060度调制法是只度调制法是只对对正弦波的正弦波的中中间间6060 度度进行进行调制。调制。这这种调制种调制方方法法其其基波基波含含量量比比传统传统的的SPWMSPWM高，高，无无偶偶谐谐波，波，开开关关频率频率低低。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师t02tuAuBuCuAOtuBOtuABt3）简简化计化计算算SPWM的的计计算算很复杂很复杂。通过通过采用采用“规则规则采采样样”法法可可简简化计化计算。算。此此外外还还有有许多许多的的快速快速计计算算方方法。法。如如空空间间电电压压矢矢量量、磁链轨迹磁链轨迹等。等。仅内部

37、使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师iOUd1-T1T2D2D1+LuORUd2uo-udio+udiouo仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师电流电流跟踪跟踪PWMPWM技术技术以以单相单相半桥半桥逆为逆为例例。当当T T1 1导导通时通时，负载电流，负载电流i io o将将按按指指数数规规律增律增大大，此时此时u uo o=U=Ud1d1。若。若T T2 2导导通时通时，负载电流，负载电流i io o将将按按指指数数规规律律反反向增向增大大，此时此时u uo o= =U Ud2d2。若。若T T1 1T T2 2按按一一定定的的规则通规则通、断断，则可则可将将i io o控控制为所需

38、要的波形。制为所需要的波形。i a-Ud1*Diia+-T1T4D1+LD4uORUd2uo+ud-ud图中图中ia* *是是给给定定参参考考电流，电流，ia是电流是电流反反馈馈信号。信号。当当T T1 1导导通时通时，U Ud1d1使使电流电流沿沿正正方方向向变变化化；当开当开关关T T4 4通时通时，U Ud2d2使使电流电流迅速衰减迅速衰减到到零零再再反反向增向增大大。如果使如果使电流电流跟踪跟踪正弦正弦指指令令变变化化，则则负载电流负载电流就就是正弦电流，同是正弦电流，同时时，作用在负载作用在负载上上的电压是脉冲列，称为电流的电压是脉冲列，称为电流跟踪跟踪PWMPWM。仅内部使用仅内部

39、使用 郭小舟老师郭小舟老师这这种种PWMPWM技术技术的的特点特点是电是电路路中中产生产生与与控控制制指指令令完全完全相同的电流波形，相同的电流波形，其响其响应应快快，是一种，是一种典典型型的电压的电压源源逆变器的电流逆变器的电流控控制。制。从从负载负载上看上看，它它相相当于当于电流电流源源逆变器。逆变器。因因为为它它可可直直接接控控制负载电流的制负载电流的大小大小。特点特点：1 1）开开关关频率与电流脉频率与电流脉动动量量之之间间的的矛盾矛盾。与。与其它其它PWMPWM不同，电流不同，电流跟踪跟踪PWMPWM电流电流总总是波是波动动的，波的，波动动大小大小与与滞滞回回环环宽度有宽度有关关。滞

40、滞回回环环减减小小，电流脉，电流脉动动就就减减小小，但但开开关关频率频率就就增增高。高。2 2）波形不波形不具具有有周期周期性，性，属属于于异步调制。异步调制。3 3）实实现现的的方方法法特特别别简简单。是一种单。是一种闭闭环型环型PWMPWM技术技术。滞滞回回比比较较器器：电流：电流跟踪跟踪PWMPWM中中的的主主要要部件部件。它它可以可以由由硬硬件实件实现现，也，也可由计可由计算算机机及及软软件来实件来实现现。它它的的特特点点是：是：仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师才才由由1变变成成1。当当输输入入信号信号介介于于（，）间）间时时，输出输出保持保持原原状态状态，不，不发发生生变变

41、化化。所所以以电流电流跟踪跟踪PWMPWM是一种电流是一种电流两两态态调制调制技术技术。目目前前，该该技术技术在在许多领许多领域都域都有有应应用。用。磁链跟踪磁链跟踪（磁磁通通轨迹轨迹）PWMPWM技术技术该该PWMPWM技术技术是将逆变器与电是将逆变器与电机机作为一个作为一个整体整体来来进行进行分分析析与与处处理理。利利用用“空空间间电压电压矢矢量量”的的概念概念，研究研究为为了了得到一个得到一个圆圆形形旋旋转转磁磁场场，应当如应当如何控何控制作用在电制作用在电动动机机上上的的“空空间间电压电压矢矢量量”。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师只有只有当当输输入入时时输出输出才才由由1变

42、变成成1；只有只有当当输输入入时时输出输出在三相电在三相电机机中中，如果如果气隙磁气隙磁场场是是圆圆形形旋旋转转磁磁场场，则则电电机机有有优优异的性异的性能能。传统传统的的SPWMSPWM技术技术就就是要是要产生产生三三相相对对称的正弦的电压和电流称的正弦的电压和电流从而从而在电在电机机中中产生产生圆圆形形旋旋转转磁磁场场。如果如果磁磁场场是是圆圆形的，逆变器的形的，逆变器的开开关关应该应该如如何控何控制，制，这这是是磁链跟踪磁链跟踪（磁磁通通轨迹轨迹）脉宽调制要脉宽调制要解解决决的的问题问题。1)1)空空间间电压电压矢矢量量将三相逆变电将三相逆变电路路的的开开关关状态状态用用二进二进制数制数

43、编码编码表示。表示。T T1 1T T3 3T T5 5的的导导通通状态状态用用1 1表示表示而而关断关断用用0 0表示。表示。编码编码用用（S Sa a,S,Sb b,S,Sc c）顺序顺序。所。所以以，T T162162100100，T T132132110110，T T432432010010，T T435435011011，T T465465001001，T T165165101101。此此外外，T T135135111111，T T246246000000。共共8 8种种状态状态。正。正好好是是（S Sa a,S,Sb b,S,Sc c）的的完全完全二进二进制制编码编码。仅内部使用仅

44、内部使用 郭小舟老师郭小舟老师ui(S ASBSC) =dyDyAiAT3T6UdT5T2T1T4iCiBCB当当逆变电逆变电路路工作工作时时，从从直直流流铡铡看过看过去，电去，电机机绕绕组总组总是是二二串串一一并并与与直直流电流电源源相相联联。电。电机机内内部产生部产生一个一个大大=rDtrdt小小与与方方向向确确定定的的磁链磁链：rr r r r r rF2F6F4F5F1ABF3CF0 ，F7仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师u i (S A S B S c ) = U d (S A + S B e)j 240 0j120 0+ S C e压压矢矢量可量可用一个用一个公式公式表示

45、表示如如下下：ri=0,1,2,3,4,5,6,72)2)磁链轨迹磁链轨迹按按开开关关工作工作顺序顺序作作出出磁链轨迹磁链轨迹，得到，得到一个一个6 6边边形。表形。表明明传统传统的的180180度逆变度逆变电电路路工作工作时时电电机机内内的的磁链磁链不是不是圆圆形形U2U6U5U3U1U4U0U4U5U2U1U60U3U0仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师当当t为单为单位位值值时时，磁链磁链增增量量与作用的电压与作用的电压大小大小相相等等方方向向相同。相同。由于由于电电机机内内部部磁链磁链是是矢矢量量，所，所以以，我我们认们认为，一为，一系系列的电压列的电压矢矢量量产生产生了了磁链矢

46、磁链矢量量。各各电电个为个为辅助矢辅助矢量量。每个。每个区域区域U3U4U5U1U6U2（3） （2）（4）（1）（5） （6）仅仅选择选择主主、辅辅和和零零矢矢量量作作用。用用。用折折线线来来逼近逼近圆弧圆弧。当当折折线线边边数数越越多多，逼近，逼近效效果果越越好好。以以1818边边形逼近形逼近圆圆为为例例：仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师旋旋转转磁磁场场。磁磁通通轨迹轨迹PWMPWM是是利利用用这这个个矢矢量量（6 6个个非非零零矢矢量量、二二个个零零矢矢量量）进行合）进行合理理组合组合，并并调调控控选选用用矢矢量量的作用的作用时时间间使使磁链轨迹尽磁链轨迹尽可能可能地地逼近逼近

47、圆圆形。形。3)3)逼近逼近圆圆形的形的方方法法折折线线逼近法逼近法将将圆圆周周6 6等分，得到等分，得到6 6个个区域区域，每个，每个区域区域有两个有两个矢矢量量相相交交。按顺按顺时时针针方方向向，第一个为，第一个为主主矢矢量量，第，第二二U4U5U1U6U2（3） （2）（4）（1）（5） （6）U34)4)零零矢矢量量的作用的作用由于由于电电机机的的磁磁通通是个是个已已知知常数，常数，它它就就是是磁链圆磁链圆的的半半径径。所。所以当边以当边数数确确定定后后，非非零零矢矢量量的作用的作用时时间间就就是是确确定定的。的。通过通过调节调节零零矢矢量量作用的作用的时时间间来来调节电调节电机机定定

48、子子电流的频率。电流的频率。以以1 1区区为为例例，使使磁链轨迹磁链轨迹逼逼迫圆迫圆，应当应当让让U U5 5与与U U1 1交交替替作作用。用。这样这样得到的得到的图图形形更接更接近近圆圆形。若作用的形。若作用的次次数数越越多多，即图即图形的形的边边数数越越多多，就就越越接接近近圆圆。各各矢矢量量的作用的作用时时间间可可用用几几何何法法求求解解。各各种种文献文献与与资料资料给给出出了了多多种种计计算算方方法。法。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师零零矢矢量量作用作用时定时定子磁链子磁链静静止止不不动动。选择零选择零电压电压矢矢量量S S0 0或或S S7 7的的根据根据是是空空间间电

49、压电压矢矢量量一一次次只只能能移移动动一一个数个数字字位位的的距距离离。即即，可以从可以从100100变到变到000000而而不不可可从从110110变到变到000000。当当空空间间电压电压矢矢量量每每次次移移动动两两位位或或三三位位数数字字距距离离时时，逆变器的，逆变器的输出输出电压脉冲电压脉冲中就中就会会出现出现反反极性脉冲，极性脉冲，导导致致反反向向转转矩。矩。零零矢矢量可以量可以集集中加中加也也可可分分散施散施加加。为。为防止转防止转矩与矩与转转速速的的过过分波分波动动多多采用分采用分散施散施加加的的方方法。法。当加入零当加入零电压电压矢矢量量后后，各各矢矢量量的作用的作用顺序顺序是

50、：是：101101（111111）101101001001（000000）001001。各各矢矢量量作用的作用的时时间间要要通过计通过计算得到。算得到。磁磁通通轨迹轨迹法脉宽调制有法脉宽调制有直直流电压流电压利利用率高，用率高，转转矩矩仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师脉脉动动小小、噪声噪声小小、损损耗耗小小等等优点优点。与。与传统传统PWMPWM方式方式相比，相比，计计算工作算工作量小量小，易易于于实实现现。目目前前这这种种方式方式已已经经取取代代传统传统的的SPWMSPWM方式方式广泛广泛应应用。同用。同时应时应用范围也用范围也超超出出了了电电机机驱驱动动范围。范围。仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师U4U5U3U2U1U6532416与与上上一节不同，一节不同，它它的的矢矢量量分分区区如图如图。主主要是要要是要解解决矢决矢量量的的选择选择切切换换与作用与作用时时间间问题问题。参参考考电压电压矢矢量量u urefref在在二二维静维静止止坐坐标标系系轴轴、轴轴的分的分量量u u 、 u u 以以及及PWMPWM的的计计算算周期周期为为已已知知量量仅内部使用仅内部使用 郭小舟老师郭小舟老师空空间间电压电压矢矢量量PWMPWM是是借借助空助空间间电压电压矢矢量量概念发概念发展展