电力电子技术（第2版）课件第4章 逆变电路

4.1逆变器的分类与换流技术4.2单相方波逆变4.3单相SPWM逆变4.4三相桥式方波逆变4.5三相SPWM逆变4.6多重逆变电路和多电平逆变电路本章小结第4章直流-交流逆变变换技术预习检查换流方式有哪几种？前课重点24.1逆变器的分类与换流方式

4.1.1逆变器的分类

4.1.2换流方式3引言直流-交流变换是将直流电变成交流电的过程，也称为逆变变换。当逆变电路的交流侧接电网，称为有源逆变。交流侧接负载，称为无源逆变。变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。逆变器的应用场合有很多。各种直流电源的逆变电路，如蓄电池、干电池、太阳能电池。交流电机调速用变频器等电力电子装置。44.1.1逆变器的分类逆变器的分类方法常用有：据输入直流电源特点，分为电压型和电流型逆变器。电压型逆变器为恒压源，一般接有储能电容器。电流型逆变器为恒流源，一般接有储能大电感。

根据电路的结构特点，可分为半桥式逆变电路、全桥式逆变电路、推挽式逆变电路等。根据开关器件工作状态，可分为软开关逆变电路和硬开关逆变电路。54.1.1逆变器的分类根据输出波形，可分为正弦波逆变器和非正弦波逆变器。根据输出相数，分单相逆变电路和三相逆变电路。方波逆变电路有导通型180o和导通型120o等方式。采用PWM技术的PWM逆变电路，输出谐波含量小。逆变电路可能引起电路工作电流通路的改变：换流（也称为换相）。64.1.2换流方式电力电子中采用的换流方式有以下几种。

1．器件换流（DeviceCommutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流。2．电网换流（LineCommutation）电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。适用于半控型器件不需要为换流添加任何元件。74.1.2换流方式图4-1直接耦合式强迫换流原理图3．负载换流（LoadCommutation）利用负载回路中电感、电容形成的振荡特性，使电流自动过零。4．强迫换流（ForcedCommutation）设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流。如图4-1，利用附加电容上所储存的能量来实现。84.2单相方波逆变

4.2.1电压型单相方波逆变电路

4.2.2电流型单相方波逆变电路94.2单相方波逆变·引言直流侧为电压源的逆变电路称电压型逆变电路，特点直流侧为电压源或并联大电容，电压基本无脉动。输出电压为矩形波。阻感负载时需提供无功功率。逆变桥各臂并联反馈二极管。直流侧为电流源的逆变电路称电流型逆变电路。特点直流侧为电流源或串联大电感。直流回路串以大电感，储存无功功率，高阻抗的电源内阻特性。104.2单相方波逆变·引言改变逆变器两端直流电压极性来改变能量流动方向并反馈无功功率，无需无功二极管。可以看出：

电压源型逆变器适合于稳频稳压电源、不可逆电力拖动系统、快速性要求不高的应用场合。电流源型逆变器适用于频繁加、减速，正、反转的单电机可逆拖动系统。114.2.1电压型单相方波逆变电路图4-2电压型单相半桥方波逆变电路及其工作波形a)逆变电路1.电压型单相半桥方波逆变电路电路结构半桥方波逆变电路结构如图4-2a）所示。由两个导电臂构成。在直流侧足够大的电容C1和C2，C1=C2。感性负载连接在A、O两点间。a)124.2.1电压型单相方波逆变电路工作原理电力晶体管VT1和VT2的基极信号各有半周正偏，半周反偏，且互补。工作波形如图4-2b)。输出uo为矩形波，幅值为Ud/2。在t1～t2期间VT1导通，uo=Ud/2。a)b)图4-2电压型单相半桥方波逆变电路及其工作波形a)逆变电路b)工作波形134.2.1电压型单相方波逆变电路在t2～t3期间，t2时刻VT1关断，VT2导通。VD2导通续流，uo=-Ud/2。a)b)图4-2电压型单相半桥方波逆变电路及其工作波形a)逆变电路b)工作波形在t3～t4期间，t3时刻io降至零，VD2截止io开始反向增大。144.2.1电压型单相方波逆变电路在t4～t5期间，t4时刻VT2关断，VT1导通。VD1导通续流，t5时刻VT1才有电流通过

uo=-Ud/2，t4～t5期间与0～t1期间对应。a)b)图4-2电压型单相半桥方波逆变电路及其工作波形a)逆变电路b)工作波形154.2.1电压型单相方波逆变电路当VT1或VT2导通时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载供能；当反向，VD1或VD2导通时，能量向直流侧反馈。半桥逆变电路优点是使用的器件少；其缺点是输出交流电压的幅值仅为Ud/2，且需要分压电容器。a)b)图4-2电压型单相半桥方波逆变电路及其工作波形a)逆变电路b)工作波形164.2.1电压型单相方波逆变电路2.电压型单相全桥方波逆变电路电路结构如图4-3所示。VT1和VT4构成一组，VT2和VT3构成一组，交替导通,180o。两桥臂中点为输出连接点，接负载。图4-3单相全桥方波逆变电路及其工作波形

a）逆变电路a)174.2.1电压型单相方波逆变电路工作原理VT1和VT4导通时，uo=Ud，■如果io为负值，VD1VD4通过电流；■如果io为正值，VT1VT4通过电流；图4-3单相全桥方波逆变电路及其工作波形a）逆变电路b）工作波形a)b)184.2.1电压型单相方波逆变电路VT2和VT3导通时，uo=-Ud，■如果io为正值，VD2VD3通过电流；■如果io为负值，VT2VT3

通过电流；VD1--VD4起续流作用，输出电压幅值为Ud

。

图4-3单相全桥方波逆变电路及其工作波形a）逆变电路b）工作波形a)b)194.2.1电压型单相方波逆变电路基本数量关系

将图4-3中电压波形uo展开成傅氏级数得：式中基波幅值Uo1m基波有效值Uo1分别为(4-1)(4-2)(4-3)总谐波畸变因数为

(4-4)Cn=1/n,为各次谐波相对于基波幅值的标幺值，偶次谐波的系数为零。

讨论提纲什么叫无源逆变（无问号的课堂不提问，下同）根据电路的结构特点，逆变器的分哪几类电压型逆变电路有哪些特点？电压型单相半桥方波逆变电路输出电压幅值是多少？电压型单相全桥方波逆变电路输出电压幅值是多少？深度问题：20电压型单相半桥方波逆变电路导通占空比小于180度，输出基波电压波形咋样？总结有源逆变与无源逆变的区别逆变器的分类方法电力电子电路中采用的换流方式电压型逆变电路的特点电压型单相半桥方波逆变电路-----波形与计算电压型单相全桥方波逆变电路----波形与计算21224.2.1电压型单相方波逆变电路3．单相全桥逆变移相调压方式工作原理阻感负载时，还可采用移相调压。当VT3的基极信号比VT1落后

角度（0＜

＜180°）VT3、VT4的栅极信号分别比VT2、VT1的前移180°-

。其移相调压方式如图4-4所示。

图4-4单相全桥方波逆变电路的移相调压方式

预习检查移相调压大概含义？前课重点234.2.1电压型单相方波逆变电路图4-4单相全桥方波逆变电路的移相调压方式

在0～t1

，VT1和VT4导通,uo=Ud。在t1～t2

，VT1导通，VT3通VT4断，uo=0。244.2.1电压型单相方波逆变电路在t2～t3

，VT3,VT2导通VT1

VT4截止，负载电流为正，

uo=-Ud。负载电流下降过零并反向，VT2VT3导通,

VD2VD3截止，uo=-Ud。图4-4单相全桥方波逆变电路的移相调压方式

254.2.1电压型单相方波逆变电路图4-4单相全桥方波逆变电路的移相调压方式

在t3时刻之后，VT2继续导通，VT4导通VT3截止uo为零。调节

（或π-θ）就可调节输出电压。数值分析将图4-4中的电压波形uo展开成傅氏级数得(4-5)见<高等数学>264.2.1电压型单相方波逆变电路各次谐波的幅值Uonm和有效值Uon分别为(4-7)(4-6)例题4-1：采用移相调压控制的单相全桥方波逆变电路，直流电压Ud=310V，当两个桥臂控制移相角

为120°，输出电压是正负各为

角度方波，求输出电压有效值Uo和输出电压基波有效值Uo1。解：由于输出电压为方波，其有效值输出电压的基波有效值=（V）（V）274.2.1电压型单相方波逆变电路图4-5带中心抽头变压器的方波逆变电路

4.带中心抽头变压器的方波逆变电路电路结构变压器原边两绕组顺向绕制，中间抽头接电源1端设变压器匝比为1：1：1工作原理当VT1导通，VT2承受2Ud。当VT2导通，VT1承受2Ud。输出电压交变。uo和io波形及幅值与全桥逆变电路相同。+-+-+-+-284.3.1三角波调制法及其控制模式脉冲宽度调制（PWM）技术在逆变电路中的应用最为广泛。利用PWM技术，用PWM波代替正弦半波脉冲宽度为

/N的、幅值顶部大小按正弦规律变化的脉冲序列组成。中点重合，且面积相等，这就是PWM波形。图4-7PWM波代替正弦半波

a)正弦半波b)PWM波294.3.1三角波调制法及其控制模式与正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（SinusoidalPWM）波形。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种。基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其它波形

图4-7PWM波代替正弦半波

a)正弦半波b)PWM波304.3.1三角波调制法及其控制模式PWM波形的每个脉冲宽度可以采用计算法或调制法得到。计算法：准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，器件的通断，得到所需PWM波形。调制法：把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号（波形）作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。等腰三角形具有左右对称、作为载波，称为三角波调制法（或称“△”调制法）。

314.3.1三角波调制法及其控制模式“△”调制法如图4-8输入正弦波参考电压uR和三角波电压uC

得到PWM调制电压脉冲。uR>uC，A输出高电平uR<uC，A输出为低电平uR与uC的交点距离随uR，决定了脉冲宽度。uP图4-8三角波调制法原理a）电路原理图

b）

PWM

脉冲的形成324.3.2同步调制与异步调制载波频率fC与调制信号频率fR之比mf＝fC/fR称为载波比。据载波比的变化，分为异步调制和同步调制。1．同步调制方式三角波电压频率fC与参考电压的频率之比fC/fR＝常数，一般取载波比为奇数。334.3.2同步调制与异步调制优点：可保持输出波形的正、负半波完全对称，输出电压只有奇次谐波存在，偶数次谐波为0。缺点：当逆变器低频输出时，每个周期内的PWM脉冲数过少，低次谐波分量较大，难以滤波。344.3.2同步调制与异步调制当电压型单相半桥逆变电路用于PWM调制时，若用N=9时的同步调制，如图4-9。如果用于三相逆变电路，要求载波比为3的倍数。图4-9同步调制PWM波形354.3.2同步调制与异步调制2．异步调制方式异步调制方式：载波比fC/fR不等于常数，随着fR的变化而变化，采用的是固定不变的三角载波频率。缺点：一般fC为定值，当fR连续变化时，fC/fR不能被3整除，导致负载电动机运行的不够平稳。优点：低速运行时，逆变器输出电压每个周期内的PWM脉冲数相应增多，具有较好的低频特性。

364.3.2同步调制与异步调制3．分段同步调制方式分段同步调制方式：集同步和异步调制方式之所长。把fR范围划分成若干频段，每段都保持载波比mf恒定，不同频段mf不同。采用分段同步调制方式，图中采用滞后切换。图4-10分段同步调制曲线fR减小fR增大讨论提纲单相全桥方波逆变电路的移相调压方式能改变输出电压有效值吗？带中心抽头变压器方波逆变输出电压幅值是多少？什么叫调制法？计算法与调制法有什么区别同步调制与异步调制各自概念与区别深度问题：37调制法也需要计算脉冲宽度，它与计算法有什么区别？总结单相全桥逆变移相调压方式带中心抽头变压器的方波逆变电路电流型单相方波逆变电路已经很少应用了三角波调制法及其控制模式同步调制与异步调制分段同步调制方式目前使用较多的是异步调制38394.3.3单极性与双极性PWM模式1．单极性PWM模式产生单极性PWM模式的基本原理如图4-11所示。图中的调制电路由比较电路、反相电路组成。uC与参考电压uR比较（图4-8），产生单极性PWM脉冲，参考电压uR与零电压比较产生电平信号。图4-11单极性PWM模式（单相）a)电路原理图预习检查什么是双极性PWM模式？前课重点404.3.3单极性与双极性PWM模式图4-11单极性PWM模式（单相）a)电路图b）波形1

c)波形2

d)输出波形3如图4-11b)的三角波载波。在uR正半周期内，VT4导通VT3关断uR

>uC时，VT1导通VT2关断，uO=Ud。uR

<

uC时，VT2导通VT1关断，uO=0正半周uO≥0414.3.3单极性与双极性PWM模式图4-11单极性PWM模式（单相）a)电路图b）波形1

c)波形2

d)输出波形3在参考电压uR负半周内，VT3导通VT4关断uR

>uC时，VT1导通VT2关断，uO=0

uR

<

uC时，VT2导通VT1关断，uO=-UduO

≤0

称为单极性PWM模式424.3.3单极性与双极性PWM模式图4-12双极性PWM模式调制原理2．双极性SPWM模式采用的是正负交变的双极性三角载波uC与参考波uR。PWM通过uC与uR的比较得到。VT1和VT4，VT2和VT3同时通断，上下开关互补。当uR＞uC时，VT1和VT4导通，

输出电压uo

=Ud。io＞0，电流通过VT1和VT4，io＜0，电流通过VD1VD4。434.3.3单极性与双极性PWM模式当uR＜

uC时，VT2和VT3导通，输出电压uo

=-Ud。如果io＜

0，则电流通过VT2和VT3，如果io＞0，则电流通过VD2和VD3。有±Ud，称为双极性PWM模式图4-12双极性PWM模式调制原理444.3.3单极性与双极性PWM模式对比图4-11d）和图4-12b），单极性PWM模式要比双极性PWM模式输出电压中高次谐波分量小得多。45

正弦波脉宽调制型逆变器称为SPWM逆变器。实现SPWM的控制方式有三类：模拟电路、数字电路、模拟与数字电路相结合的控制方式。模拟电路优点是完成uC与uR信号的比较和确定脉冲宽度所用的时间短。数字电路的SPWM逆变器优点是所需硬件少，数字化SPWM技术已占当今PWM逆变器主导地位。4.3.4SPWM的自然取样法和规则取样法461．自然取样法若采用模拟电路由硬件自然确定SPWM脉冲宽度。采用数字的如图4-13。对uC和uR交点求解，找出其交点时刻t0、t1、t2、t3

、t4、t5

…确定脉宽。计算工作量较大。

图4-13自然取样法SPWM模式计算4.3.4SPWM的自然取样法和规则取样法472．规则取样法方法如图4-14。用uC和uR近似交点A和B代替实际的交点A’和B’。虽有误差，却减小了计算工作量。图4-14规则取样SPWM调制模式4.3.4SPWM的自然取样法和规则取样法48计算公式三角幅值uCm

，周期TC，uR

=URmsinωRt周期为TR

则宽度t2、t1及t3为：图4-14规则取样SPWM调制模式4.3.4SPWM的自然取样法和规则取样法=(4-11)(4-12)

为幅度调制比，

信号波角频率。494.3.4SPWM的自然取样法和规则取样法由式（4-11）和（4-12）可求出t1和t2值。t2可采用查表法，仅需对

值列表存放即可。三相桥式SPWM逆变电路求解(4-11)(4-12)504.3.5

电流跟踪PWM逆变控制技术跟踪控制方法指的是将电流或电压波形为指令信号，把实际值作为反馈信号。通过两者瞬时值比较来决定器件的通断，使实际输出跟踪指令信号变化。514.3.5

电流跟踪PWM逆变控制技术1．电流滞环控制方式电流跟踪型PWM兼有电压型和电流型逆变器的优点：结构简单、响应快，滞环电流跟踪型PWM逆变器电流动态响应快。系统运行不受负载参数的影响，实现方便。524.3.5

电流跟踪PWM逆变控制技术其单相结构如图4-15）。假设滞环宽为2△，iR为给定参考电流。实际电流太小时，使VT2导通、VT1截止负载电压为+Ud/2，负载电流if上升。图4-15滞环电流跟踪型PWM控制电路及波形

a）控制电路

b）电压SPWM波形的产生a)b)534.3.5

电流跟踪PWM逆变控制技术电流之差达到滞环的下限值-△时，即实际电流太大。则使VT1导通、

VT2截止负载电压为-Ud/2，负载电流if下降。图4-15滞环电流跟踪型PWM控制电路及波形

a）控制电路

b）电压SPWM波形的产生a)b)544.3.5电流跟踪PWM逆变控制技术fC是变量，与下述因素有关：fC与滞环宽∆成反比，滞环越宽，fC越低;Ud越大，负载电流上升的速度越快，if到达滞环上限的时间越短，因而fC随Ud值增大而增大;

554.3.5电流跟踪PWM逆变控制技术55L值越大，电流的变化率越小，if到达滞环上限的时间越长，因而fC越小。fC与iR的变化率有关，diR/dt越大，fC越小；反之，PWM脉宽越小，即fC越大。564.3.5

电流跟踪PWM逆变控制技术滞环电流跟踪型PWM的特点为：控制电路简单；属于非线性砰-砰控制，跟踪输出响应快；当选取滞环较小时，跟踪精度可以很高；574.3.5

电流跟踪PWM逆变控制技术57属于闭环控制；开关频率不固定，带来开关损耗和输出滤波器设计方面的矛盾；滞环电流跟踪控制的研究工作主要集中在如何稳定开关频率。584.3.5电流跟踪PWM逆变控制技术图4-16三角波比较方式电流跟踪型逆变电路

2．三角形比较方式基本原理图4-16为三角波比较方式电流跟踪型逆变电路把指令电流iR和实际输出电流if进行比较求出偏差，放大后，再去和三角波进行比较，产生PWM波形。放大器A通常具有比例或PI特性。594.3.5电流跟踪PWM逆变控制技术特点

器件的开关频率

是固定的，等于

载波频率。604.3.5电流跟踪PWM逆变控制技术3．定时比较方式以固定采样周期对指令和被控量进行采样，根据偏差控制器件通断。采样时刻，当if

＜

iR，则使VT2导通、VT1截止，负载电压为+Ud/2，使负载电流if增大。反之，VT1导通、VT2截止每个采样时刻的控制作用都使误差减小。614.3.5电流跟踪PWM逆变控制技术4．关于跟踪控制的讨论1）当指令信号不是正弦波时，则上述控制为电流跟踪PWM逆变控制。2）如果上述三种控制方法用于电压跟踪控制，反馈值应经过滤波。

如果对输出电压幅值精度要求不高，还可以采用电压开环控制。3）当指令信号为直流信号，则上述变换器就成为直流变换器，跟踪控制还可用于PWM整流等场合。624.3.5电流跟踪PWM逆变控制技术4）单相电流跟踪SPWM逆变控制半桥逆变电路时，只能为双极性控制。对于单相桥式逆变电路：用于电压跟踪控制时，用单极性或双极性控制均可；用于电流跟踪控制时，输出电压与电流存在相位差，不建议采用单极性控制模式。

5）三个半桥逆变电路可以组成三相逆变电路，不过，三相指令信号相位互差1200。小结：介绍了三角形比较和定时比较。

讨论提纲什么是SPWM的自然取样法？规则取样法中“规则”的含义电流跟踪SPWM逆变控制技术，包括：电流滞环控制方式中电感大，开关频率越高吗？三角形比较方式中开关频率是固定的吗？定时比较方式深度问题：63计算法与SPWM的自然取样法中的计算有何区别？总结主要介绍了调制法的几种方式单极性与双极性SPWM模式SPWM的自然取样法和规则取样法同步与异步、单极性与双极性、自然取样和规则取样是调制法中不同的维度，可同时体现。电流跟踪SPWM逆变控制技术，包括：电流滞环控制方式三角形比较方式定时比较方式电流跟踪控制也可应用在其它AC/DC、DC/DC、AC/AC中。64654.4三相桥式方波逆变

4.4.1电压型三相逆变电路

4.4.2三相电流型逆变电路预习检查电压型三相方波逆变开关管导通规则是怎样的？前课重点664.4.1电压型三相逆变电路前言共有6个开关管，分为120°导电型与180°导电型。120°导电型与180°导电型仅针对方波逆变而言，不适用于PWM逆变。对于180°导电型，每一时刻有3个开关管导通。对于120°导电型，每一时刻有2个开关管导通。图4-17电压型三相桥式逆变电路674.4.1电压型三相逆变电路电路结构

电路由三个半桥电路组成，二极管VD1～VD6为续流二极管，三个中点接三相负载。图4-17电压型三相桥式逆变电路工作原理基本工作方式为180°导电型，同一相上下桥臂交替导电，各相开始导电的时间依次相差120°。684.4.1电压型三相逆变电路VT1超VT5有

240°，

VT2超VT5有

180°，

则VT1超VT2有

60°

图4-17电压型三相桥式逆变电路导通组合顺序

VT1VT2VT3、VT2VT3VT4、……。U、V、W对N’电压±Ud/2设负载为星形联接，三相负载对称，中性点为N为了分析方便，将一个工作周期分成6个区域。导通次序为VT1～VT6，依次相隔60°。694.4.1电压型三相逆变电路图4-18逆变桥的等效电路（VT123导通）在0≥ωt

＞π/3时，uG1＞0，uG2＞0，uG3＞0VT1

、VT2、VT3导通，等效电路如图4-18所示。（4-13）（4-14）线电压为Ud为输入直流电压。输出相电压为UVW704.4.1电压型三相逆变电路表4-1

三相逆变桥工作状态表同样,

其余5个时域的相电压和线电压值如表4-1所示。小结：讲解了电压型三相逆变电路及工作原理714.4.1电压型三相逆变电路（接上讲内容）负载电压波形分析表4-1

三相逆变桥工作状态表724.4.1电压型三相逆变电路图4-19电压型三相桥式逆变电路工作波形

右图为输出相、线电压波形，与驱动波形的对应关系。导通顺序依次为1-2-3-4-5-6，驱动波形1-2-3-4-5-6，依次滞后60度。734.4.1电压型三相逆变电路图4-19电压型三相桥式逆变电路工作波形

图4-19中，负载线电压为120°正负对称的矩形波。相电压为180°正负对称的阶梯波。相位互差120°。180°导电型同一相上下桥臂须“先断后通”方法。120°导电型输出交流线电压有效值低。故一般采用180°导电型。744.4.1电压型三相逆变电路数值分析把输出线电压uUV展开成傅里叶级数得式中n=6k±1，k为自然数。输出线电压有效值UUV为其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分别为

(4-15)(4-16)(4-17)(4-18)见第04.2.1节C再演化754.4.1电压型三相逆变电路把相电压uUN展开成傅里叶级数得其中谐波幅值UUNnm和谐波有效值UUNn分别为式中n=6k±1，k为自然数，负载相电压有效值UUN为(4-19)(4-20)(4-21)(4-22)相电压谐波失真度为(4-23)可近似计算前n次，值小764.4.1电压型三相逆变电路例题4-2：三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud=510V。试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、输出线电压中5次谐波的有效值UUV5

。====561(V)=230(V)=325(V)=398（V）==79.6(V)解：讨论提纲电压型三相逆变电路开关管标号规则是怎样的？电压型三相逆变电路输出线电压波形是怎样的？电压型三相逆变电路输出相电压波形是怎样的？

电压型三相逆变电路输出电压数值计算了解电流型三相逆变电路深度问题：77如何得到电压型三相逆变电路输出线电压有效值？总结电压型三相逆变电路的组成电压型三相逆变电路180度控制方式电压型三相逆变电路输出线电压波形为方波、相电压为阶梯波电压型三相逆变电路输出线电压、相电压的幅值与有效值计算了解电流型三相逆变电路电压型三相桥式逆变电路方波控制应用较少，SPWM应用较多。78794.5三相SPWM逆变

4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形4.5.2电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术预习检查电压型三相SPWM逆变电路输出最大线电压是多少？前课重点804.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形1．控制信号

电路见右。采用双极性控制，共用一个载波uC。控制信号的特点为：上下桥臂相位上互补；驱动信号关断后加上负电压；任何时刻，三个控制信号处于高电平，另三个低；已调制控制信号的脉宽随时间按正弦规律变化。▲三相正弦调制信号uRU、uRV、uRW互差120°▲对N’来说，上管通为Ud/2，下管通为-Ud/2。81图4-25

三相SPWM逆变控制信号4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形82图4-26

三相SPWM逆变输出电压波形2、输出电压波形分析4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形832．输出电压波形分析

当uRU＞uC时，控制脉冲uG1输出高电平开通VT1，uG4低电平关断VT4，反之相反。（1）α1～α2区间VT5VT6VT1通VT2VT3VT4断,见等效电路，则、分别表示N和对电源负极的电压。

4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形UVW84（2）α2～α3区间VT1VT3VT5通VT2VT4VT6断,见等效电路则其它各时段的分析与上述类同，uUN、uUV波形如图4-26所示。也可以求出并画出其它波形。负载中点对输入电源中点的电压是波动的.4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形UVW85图4-26

三相SPWM逆变输出电压波形4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形86（3）输出电压分析在满足电压幅值调制比ma≤1、频率调制比mf

＞＞1的条件下，输出电压如下。输出相电压基波幅值为输出相电压基波有效值为(4-25)(4-26)输出线电压基波幅值为(4-27)4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形87(4-29)输出线电压基波有效值为(4-28)直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最大幅值U1m和直流电压Ud之比。输出线电压的直流电压利用率为调制比ma

=1，直流电压利用率0.866，应采取其它措施提高直流电压利用率。4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形88例题4-3：三相SPWM逆变电路，当直流电压为800～1000V之间变化时，要求输出基波电压为380V，电流为10A，三相电阻负载，如果该逆变变换器的效率为97%，求幅值调制比ma的范围、输出功率P0和最大输入平均电流Idmax。解：输出线电压基波有效值为ma=0.62～0.78输出功率==6582（W）=380V输入功率与效率的乘积等于输出功率，直流电压最小值Udmin时，输入平均电流Idmax最大（A）4.5.1三相SPWM逆变控制与输出电压波形894.5.2三相SPWM逆变电路提高直流电压利用率提高直流电压利用率的2个方法（1）梯形波调制方法的原理及波形梯形波基波分量大，用于调制，可达到ma

＞1。可提高直流电压利用率，如图4-27。图4-27梯形波为调制信号的PWM控制90梯形波三角化率用s=Ut/Uto描述。Ut为梯形波高度，Uto为梯形两腰延长后的三角形的高。s=0时梯形波变为矩形波，s=1时梯形波变为三角波。梯形波为调制信号时，图4-27梯形波为调制信号的PWM控制梯形波的幅值和三角化率决定了输出波形的幅值。4.5.2三相SPWM逆变电路提高直流电压利用率91（2）线电压控制方式

3次谐波叠加法线电压控制方式，克服梯形波法输出电压谐波大的问题，其目标是：使输出线电压不含低次谐波；提高直流电压利用率。4.5.2三相SPWM逆变电路提高直流电压利用率叠加92直接控制手段仍是对相电压进行控制，在相电压调制信号中叠加3次谐波，使之成为鞍形波。合成线电压时，3次谐波相互抵消，线电压为正弦波。U3msin3ωt-U3msin3（ωt-120o）=04.5.2三相SPWM逆变电路提高直流电压利用率滞后120度滞后240度VT1VT4VT3VT6VT2VT593鞍形波中的基波与三次谐波幅值要选择得当。即使基波幅值调制比大于1，鞍形波的调制信号幅值调制比可以小于1。提高了直流电压利用率。输出线电压也没有由于调制信号谐波引起的输出谐波。图4-28

叠加3次谐波的调制信号4.5.2三相SPWM逆变电路提高直流电压利用率94（3）三相SPWM逆变电路的特点采用SPWM控制的三相逆变电路输出电压谐波特性大为改善，最低次谐波在开关频率附近。与单相SPWM电路类似，三相SPWM电路实现输出电压的频率、幅度可调。直流电压利用率不高，比单相电路更低，常采用调制波注入三次谐波的方法

4.5.2三相SPWM逆变电路提高直流电压利用率讨论提纲三相SPWM逆变控制信号三相SPWM逆变电路输出电压波形分析三相SPWM逆变直流电压利用率是多少？梯形波调制方法输出电压是否存在较大谐波？线电压控制方式输出电压是否存在较大谐波？深度问题：95线电压控制方式影响负载侧相电压的正弦度吗？总结三相SPWM逆变控制信号是基于三相SPWM调制的。三相SPWM逆变电路输出电压波形分析是依据控制信号的。三相SPWM逆变直流电压利用率不高。梯形波调制方法输出电压谐波大。线电压控制方式可提高电压利用率，而且输出电压谐波分量小。单相中的调制方法可用于三相。96974.6多重逆变电路和多电平逆变电路

4.6.1多重逆变电路

4.6.2多电平逆变电路预习检查什么叫多重逆变电路？前课重点98对电压型电路来说，输出电压是矩形波。矩形波中含有较多的谐波，对负载会产生不利影响。为此，常常采用多重逆变电路。也可构成多电平逆变电路，使输出电压向正弦波靠近。本讲介绍多重逆变电路。

4.6.1多重逆变电路迭加994.6.1多重逆变电路电压型逆变电路多重化基本原理用几个逆变器输出波形迭加得到阶梯波。常用的波形迭加法是多重移相迭加法。图4-33a）输出电压进行迭加，u0=u01+u02

。改变u01和u02的相对相位可得阶梯波。

图4-33采用变压器的多重化连接a）原理图1004.6.1多重逆变电路若u01和u02是脉宽为2π/3的矩形波，u02比u01移后π/5，波形如图4-33c）所示。可以证明THD值小。图4-33采用变压器的多重化连接a）原理图b）波形1c）波形21014.6.1多重逆变电路三相二重逆变电路

图4-34的两个逆变电路均为180°导通方式，各自的输出线电压都是120°矩形波。图4-34三相电压型二重逆变电路再总迭加注意同名端迭加而成1024.6.1多重逆变电路输出波形迭加可得到阶梯波。常用的是多重移相迭加法。图4-35为TR1、TR2二次侧基波电压合成向量。逆变桥II的相位比逆变桥I滞后30O，这样，uU1和uU2的基波相位就相同。TR1、TR2二次侧间的匝比就应为√͞3倍图4-35

二次侧基波电压合成向量图√͞311√͞3103