新能源汽车功率电子基础（第2版）课件：逆变技术

逆变技术

目录6.0引言6.1单相逆变电路

单相电压源逆变电路开关状态6.2单相逆变电路脉宽调制技术

SPWM采样法、单极性调制、双极性调制6.3三相电压源逆变器

电路工作原理、SPWM调制、SVPWM调制6.0引言－逆变器结构图6.1电压源逆变器功能框图6.0引言－逆变技术功能与分类功能（1）将直流电直接变换为交流电；（2）交流电的电压/电流幅值和频率均可调。分类（1）负载方式：电网侧的有源逆变和独立负载的无源逆变；（2）直流电源：电压型和电流型逆变器；（3）逆变电路：单相半桥、单相全桥、推挽式、三相桥式，多重化；（4）PWM方式：方波、正弦波、空间矢量。应用（1）直流电源：蓄电池、伏光电池、燃料电池等给交流负载供电；（2）可控交流：交流电机调速、感应加热、UPS；（3）电网馈电：电机再生制动的直流电能向交流电网回馈。6.0引言—面积等效原理a)b)s(k)w(k)c)d)面积等效原理示意图a)正弦波电压脉冲,b)SPWM电压脉冲,c/d)感性负载电流波形6.1单相电压源逆变电路－H桥式开关状态图6.4H桥式单相电压源逆变器电路原理图6.2单相电压源逆变电路－SPWM生成方法单极性SPWM等幅而不等宽的正负脉波电压的瞬时取值为：UI、0、-UI。OwtUI-UI双极性SPWM等幅而不等宽的正负脉波电压的瞬时取值为：UI、-UI。OwtUI-UI6.2单相电压源逆变电路－SPWM信号调制基准波与载波调制度与载波比（1）调制度ma

：基准信号的幅值urm与载波信号的幅值ucm之比；（2）载波比mf

：载波频率fc与调制频率fr之比。调制方法（1）同步调制：mf为常数的信号调制方法；（2）异步调制：mf可变的信号调制方法；（3）过调制：ma大于1的PWM信号调制方法。SPWM采样脉宽生成方法示意图a)调制信号、载波信号 b)SPWM脉宽6.2单相电压源逆变电路－SPWM采样方法6.2单相电压源逆变电路－单极性SPWM技术原理图6.5采用单极性SPWM技术的单相电压源逆变器的驱动信号理想电压波形a）信号波和载波b）S1开关驱动信号c）S3开关驱动信号d）S13两开关驱动差动信号6.2单相电压源逆变电路－单极性SPWM技术输出电压调制占空比及输出电压计算（2）正半周(图6.4）（3）负半周(图6.4)（1）占空比（4）输出电压图6.6采用规则采样法的单极性SPWM占空比产生方法:a)信号波和载波,b)调制脉冲宽度1,c)调制脉冲宽度2.6.2单相电压源逆变电路－单极性SPWM应用案例（1.1）电路仿真模型图6.7单极性SPWM调制的单相电压源逆变电路仿真模型6.2单相电压源逆变电路－单极性SPWM应用案例（1.2）恒压源和蓄电池供电的逆变器输出波形比较

单极性SPWM调制下的负载电压和电流波形a)基准波和载波b)门极信号c)负载电压d)负载电流和电源电流图6.8恒压源图6.9蓄电池6.2单相电压源逆变电路－单极性SPWM应用案例（1.3）不同载波频率下蓄电池供电的逆变器输出波形比较

单极性SPWM调制下的负载电压和电流波形a)基准波和载波b)门极信号c)负载电压d)负载电流和电源电流图6.9500Hz图6.105000Hz6.2单相电压源逆变电路－双极性SPWM技术原理图6.11采用双极性SPWM技术的单相电压源逆变器的驱动信号理想电压波形a）信号波和载波b）S1开关驱动信号c）S3开关驱动信号d）S13两开关驱动差动信号6.2单相电压源逆变电路－双极性SPWM技术输出电压调制占空比及输出电压计算（2）参考点O(图6.4）（1）占空比（3）输出电压图6.12采用规则采样法的单极性SPWM占空比产生方法:a)信号波和载波,b)调制脉冲宽度.6.2单相电压源逆变电路－双极性SPWM应用案例（1.1）电路仿真模型图6.13

双极性SPWM调制的单相电压源逆变电路仿真模型6.2单相电压源逆变电路－双极性SPWM应用案例（1.2）供电电源和载波频率不同的逆变器输出波形比较单极性SPWM调制下的负载电压和电流波形a)基准波和载波b)门极信号c)负载电压d)负载电流和电源电流图6.14恒压源/500Hz图6.15蓄电池/5000Hz6.3三相电压源逆变电路－开关状态电路结构图6.16全桥式三相电压源逆变电路拓扑Z为中性点N的三相星型感性负载6.3三相电压源逆变电路－开关状态表开关状态相电压线电压开关模式导通截止uANuBNuCNuABuBCuCASASBSCS1S4S6S2S3S52UI/3–UI/3–UI/3UI0–UI100S1S3S6S2S4S5UI/3UI/3–2UI/30UI–UI110S2S3S6S1S4S5–UI/32UI/3–UI/3–UIUI0010S2S3S5S1S4S6–2UI/3UI/3UI/3–UI0UI011S2S4S5S1S3S6–UI/3–UI/32UI/30–UIUI001S1S4S5S2S3S6UI/3–2UI/3UI/3UI–UI0101S1S3S5S2S4S6000000111S2S4S6S1S3S50000000006.3三相电压源逆变电路－单极性SPWM技术图6.17采用SPWM单极性调制技术的三相电压源逆变器驱动信号波形a)信号波和载波b)S1开关驱动信号c)S3开关驱动信号d)S5两开关驱动信号三相SPWM逆变器的理想相电压瞬时输出三相SPWM逆变器的理想相电压基波峰值三相SPWM逆变器的理想线电压基波峰值注意：单极性SPWM调制的中性参考点为两个输入滤波电容中点O。6.3三相电压源逆变电路－单极性SPWM调制输出6.3三相电压源逆变电路－单极性SPWM技术应用案例(1.1)图6.18采用SPWM单极性调制技术的三相电压源逆变电路仿真模型6.3三相电压源逆变电路－单极性SPWM技术应用案例(1.2)单极性SPWM调制下的负载电压和电流波形a)基准波和载波b~d)门极信号e)相电压f)线电压g)相电h)电源电流图6.19恒压源/500Hz图6.20蓄电池/5000Hz供电电源和载波频率不同的三相逆变器输出波形比较6.3三相电压源逆变电路－SVPWM空间坐标图6.21三相交流电机定子绕组及坐标轴系

a）三相定子绕组b）空间电压矢量空间电压矢量三相正弦电压极坐标形式空间电压矢量6.3三相电压源逆变电路－SVPWM空间电压矢量电压空间矢量的笛卡尔坐标与正弦电压的关系极坐标形式单位空间电压矢量6.3三相电压源逆变电路－SVPWM之3/2变换两相静止坐标系三相坐标系6.3三相电压源逆变电路－SVPWM之开关状态函数6.3三相电压源逆变电路－SVPWM之单相电压与开关状态6.3三相电压源逆变电路－SVPWM之开关模式6.3三相电压源逆变电路－SVPWM空间矢量生成图6.22

a-β静止坐标系的空间电压矢量

a)八个空间电压矢量b)任意空间电压矢量合成ⅠⅡⅥⅢⅣⅤⅠ6.3三相电压源逆变电路－SVPWM占空比计算图6.22

a-β静止坐标系的空间电压矢量

a)八个空间电压矢量b)任意空间电压矢量合成Ⅰ6.3三相电压源逆变电路－SVPWM技术应用案例（1.1）图6.23采用单极性SPWM调制技术的三相电压源逆变器电路仿真模型6.3三相电压源逆变电路－SVPWM技术应用案例(1.2)SVPWM调制下的负载电压和电流波形a)基准波和载波b~d)门极信号e)相电压f)线电压g)相电h)电源电流图6.24恒压源/500Hz图6.25蓄电池/5000Hz供电电源和载波频率不同的三相逆变器输出波形比较SVPWM零开关电压矢量的作用时间SVPWM逆变器相电压最大有效值SVPWM逆变器线电压最大有效值SPWM逆变器线电压最大有效值

结论：

在相同的直流电压激励下，SVPWM比SPWM调制的逆变器电压利用率提高15%，两者的总畸变率相当。6.3三相电压源逆变电路－SVPWM调制性质6.1 逆变器分类（1）新能源汽车三相交流电机控制器是一种离网型三相电压源逆变器。6.2 SPWM三相电压源逆变器（1）采用规则采样的单极性调制；（2）常为三相星型对称感性负载提供交流电源；（3）提高载波频率能够减小负载电流的总畸变率；（4）直流侧滤波电