電力電子技術(shù)chapter4-2第一頁，共80頁。第4章DC－AC變換器

1234概述

電壓型逆變器（VSI）

空間矢量PWM控制

基本內(nèi)容電流型逆變器

第二頁，共80頁。電壓型方波逆變器以及電壓型階梯波逆變器當(dāng)需要改變輸出電壓幅值時，一般常采用脈沖幅值調(diào)制（PAM）或單脈沖調(diào)制（SPM）。這類逆變器應(yīng)用于大功率場合具有開關(guān)損耗低，運行可靠等優(yōu)點，但也存在動態(tài)響應(yīng)慢、諧波含量大（方波逆變器）、結(jié)構(gòu)復(fù)雜（階梯波逆變器）等一系列不足。例如，當(dāng)利用電壓型逆變器驅(qū)動交流電動機時，需進行變頻變壓（VVVF）控制，此時若采用PAM方式，則必須采用兩套功率調(diào)節(jié)電路與控制即：輸出電壓的調(diào)整依賴于可控整流電路及其控制而輸出頻率的調(diào)整則由逆變器及其控制。4.2.3電壓型正弦波逆變器4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第三頁，共80頁。這不僅使電路結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜化，而且因電壓與頻率的不同控制響應(yīng)將導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)變慢，這主要是由于直流側(cè)的儲能慣性會使可控整流電路的輸出電壓響應(yīng)遠慢于逆變器的輸出頻率響應(yīng)。對于要求輸出正弦波電壓的電壓型PWM逆變器，常稱為電壓型正弦波逆變器。這種電壓型正弦波逆變器一般應(yīng)具備以下特點即:逆變器的直流電壓可采用結(jié)構(gòu)簡單的不控整流電路；利用單一的功率電路及其控制，可同時調(diào)整輸出頻率和輸出電壓，動態(tài)響應(yīng)快；由于輸出電壓的諧波頻率主要分布在開關(guān)頻率及其以上頻段，因而輸出諧波含量相對較低。4.2.3電壓型正弦波逆變器4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四頁，共80頁。電壓型正弦波逆變器的基本原理從圖4-24a中容易看出：在頻率恒定的一個正弦波周期中，斬控周期一定，而斬控脈沖的幅值則按正弦函數(shù)變化，當(dāng)要改變斬控波形的基波幅值時，若被斬控正弦波的幅值不變，則只需要控制斬控占空比即可。顯然，當(dāng)斬控頻率足夠高時，其斬控波形的諧波含量會足夠低。由于被斬控正弦波的頻率恒定，因此，該方案適用于交流變壓恒頻控制，屬于AC-AC變換中的交流斬波變換，其優(yōu)點就是可以直接對頻率一定的輸入（如50HZ交流電）進行斬控，以調(diào)節(jié)交流斬波輸出的基波幅值。4.2.3.1電壓型正弦波逆變器的基本原理

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-24正弦波的斬波與脈寬調(diào)制a)正弦波斬波波形第五頁，共80頁。然而，針對實際廣泛應(yīng)用的交流變頻器，其主要采用交流變壓變頻（VVVF）控制策略，即在改變交流輸出幅值的同時，還需改變其交流輸出頻率。如何利用DC-AC變換來實現(xiàn)基于正弦波斬控的VVVF控制輸出呢？在交流斬波變換的基礎(chǔ)上，進一步觀察圖4-24a所示的正弦波斬控波形，當(dāng)斬控頻率足夠高時，占空比和斬控周期固定而幅值按正弦函數(shù)變化的斬波脈沖的面積近似按正弦函數(shù)變化。利用一低通濾波器對斬控脈沖進行濾波就可以輸出正弦波。4.2.3.1電壓型正弦波逆變器的基本原理

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-24正弦波的斬波與脈寬調(diào)制a)正弦波斬波波形第六頁，共80頁。針對直流電壓一定的電壓型逆變器，可以考慮另一種能使脈沖面積按正弦函數(shù)變化的脈沖斬控方案即：在足夠高的斬控頻率條件下，保持斬控脈沖的幅值不變，只改變脈沖的寬度，并使脈沖的寬度按正弦函數(shù)變化。這同樣能使斬波脈沖的面積按正弦函數(shù)變化，同時改變其正弦函數(shù)的幅值和頻率即可同時改變變換器輸出基波的幅值和頻率。利用恒定直流輸入的DC-AC變換器完全可以實現(xiàn)基于正弦波斬控的VVVF控制輸出。4.2.3.1電壓型正弦波逆變器的基本原理

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-24正弦波的斬波與脈寬調(diào)制a)正弦波斬波波形第七頁，共80頁。這種保持脈沖幅值不變而改變脈沖寬度的波形調(diào)制方式稱為脈沖寬度調(diào)制，簡稱為PWM，而對于脈沖寬度按正弦函數(shù)變化的PWM則稱為正弦脈沖寬度調(diào)制，簡稱為SPWM。采用SPWM的脈沖調(diào)制波形如圖4-24b所示。實際上，PWM的基本原理可以由沖量等效原理進行描述即：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其慣性環(huán)節(jié)的輸出基本相同。4.2.3.1電壓型正弦波逆變器的基本原理

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-24正弦波的斬波與脈寬調(diào)制a)正弦波斬波波形b)正弦脈寬調(diào)制波形第八頁，共80頁。4.2.3.1電壓型正弦波逆變器的基本原理

沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其慣性環(huán)節(jié)的輸出基本相同這里所謂的“沖量”是指窄脈沖的面積而“慣性環(huán)節(jié)的輸出基本相同”是指輸出波形的頻譜中，低頻段基本相同，僅在高頻段略有差異。圖4-25依次表示了四種沖量相等而形狀不同的脈沖波形，即矩形脈沖、三角波脈沖、正弦半波脈沖以及單位脈沖。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-25沖量相等而形狀不同的四種脈沖波形a)矩形脈沖波b)三角脈沖波c)正弦脈沖波d)單位脈沖波第九頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

如何實現(xiàn)SPWM及其波形發(fā)生呢？1963年，F(xiàn).G.Turnbll首次提出了特定諧波消除法，即通過特定諧波為零的約束條件直接確定PWM脈沖的上升、下降沿時刻，然而由于超越方程在線運算的困難，因而該方法沒能推廣。1964年，德國學(xué)者A.Schnoung和H.Stemmler首次將通訊系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中的變頻器控制中，誕生了SPWM技術(shù)，后來由英國Bristol大學(xué)的S.R.Bowes于1975年進行了推廣與應(yīng)用，使這種基于通訊調(diào)制技術(shù)的SPWM技術(shù)得到廣泛的接受并成為脈寬調(diào)制研究的熱點。此后，隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，Bowes又相繼提出了規(guī)則采樣數(shù)字化SPWM方案和能提高直流電壓利用率的準(zhǔn)優(yōu)化SPWM方案，使SPWM技術(shù)日趨成熟，但其基本的調(diào)制規(guī)則并沒有改變。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第十頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

基于載波的對稱調(diào)制與非對稱調(diào)制

隨著SPWM技術(shù)發(fā)展，已研究出多種特性各異的SPWM控制方案，但大多數(shù)SPWM控制方案仍采用了基于通訊調(diào)制技術(shù)的PWM基本調(diào)制規(guī)則。這種基本調(diào)制規(guī)則是以正弦參考波作為“調(diào)制波”（modulatingwave），并以N倍調(diào)制波頻率的具有分段線性特性的三角波或鋸齒波為“載波”（carrierwave），將載波與調(diào)制波相交，就可以得到一組幅值相等，而寬度正比于正弦調(diào)制波函數(shù)的方波脈沖序列。利用這一方波脈沖序列，并通過相應(yīng)的驅(qū)動邏輯單元驅(qū)動逆變器的功率開關(guān)，便可以實現(xiàn)逆變器的SPWM控制。

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第十一頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

基于載波的對稱調(diào)制與非對稱調(diào)制

采用三角載波和鋸齒載波的SPWM脈沖序列如圖4-27所示。令調(diào)制波頻率為fr，載波頻率為fc，則稱N＝fc/fr為載波比；令調(diào)制波幅值為Urm，載波幅值為Ucm，則稱M＝Urm/Ucm為調(diào)制度。

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-27三角載波和鋸齒載波的SPWM及其脈沖序列a)三角載波SPWM及其脈沖序列b)鋸齒載波SPWM及其脈沖序列第十二頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

基于載波的對稱調(diào)制與非對稱調(diào)制

采用三角載波的SPWM脈沖序列由于三角載波的對稱特性，因而屬于對稱載波調(diào)制中心線對稱，參見“規(guī)則采樣法”）；而采用鋸齒載波的SPWM脈沖序列由于鋸齒載波的非對稱特性，因而屬于非對稱載波調(diào)制。相比之下，鋸齒載波的SPWM實現(xiàn)較為簡單，由于鋸齒載波固有的非對稱特性，因而輸出波形中含有偶次諧波。而在相同的開關(guān)頻率以及調(diào)制波條件下，三角載波的SPWM其輸出波形的諧波含量相對較低。

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第十三頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

異步調(diào)制對于任意的調(diào)制波頻率fr，載波頻率fc恒定的脈寬調(diào)制稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，由于fc保持一定，因而當(dāng)fr變化時，調(diào)制波信號與載波信號不能保持同步，即載波比N與調(diào)制波頻率fr成反比。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-28不同調(diào)制波頻率fr(fr1<fr2)時的異步調(diào)制SPWM波形第十四頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

異步調(diào)制異步調(diào)制具有以下特點:由于fc固定，因而逆變器具有固定的開關(guān)頻率。當(dāng)fr變化時，載波比N與fr成反比。例如：當(dāng)fr變高時，載波比N變小，即一個調(diào)制波周期中的脈沖數(shù)變少；而當(dāng)fr變低時，載波比N變大，即一個調(diào)制波周期中的脈沖數(shù)變多。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-28不同調(diào)制波頻率fr(fr1<fr2)時的異步調(diào)制SPWM波形第十五頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

異步調(diào)制當(dāng)fr固定時，一個調(diào)制波正、負半個周期中的脈沖數(shù)不固定，起始和終止脈沖的相位角也不固定。換言之，一個調(diào)制波正、負半個周期以及每半個周期中的前后1/4周期的脈沖波形不具有對稱性。不同fr時的異步調(diào)制SPWM波形如圖4-28所示。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-28不同調(diào)制波頻率fr(fr1<fr2)時的異步調(diào)制SPWM波形a)fr＝fr1b)fr＝fr2第十六頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

異步調(diào)制由于異步調(diào)制時的開關(guān)頻率固定，所以對于需要設(shè)置輸出濾波器的正弦波逆變器（如UPS逆變電源）而言，輸出濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計較為容易。由于一個調(diào)制波周期中脈沖波形的不對稱性，將導(dǎo)致基波相位的跳動。對于三相正弦波逆變器，這種基波相位的跳動會使三相輸出不對稱。當(dāng)fr較低時，由于一個調(diào)制波周期中的脈沖數(shù)較多，脈沖波形的不對稱性所造成的基波相位跳動的相角相對較小。而當(dāng)fr較高時，由于一個調(diào)制波周期中的脈沖數(shù)較少，脈沖波形的不對稱性所造成的基波相位跳動的相角相對變大。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第十七頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

同步調(diào)制因此采用異步調(diào)制時，SPWM的低頻性能好，而高頻性能較差。因此應(yīng)盡量提高SPWM的fc。但會導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。對于任意的調(diào)制波頻率fr，載波比N保持恒定的脈寬調(diào)制稱為同步調(diào)制。在同步調(diào)制方式中，由于載波比N保持恒定，因而當(dāng)fr變化時，調(diào)制波信號與載波信號應(yīng)保持同步，即fc與fr成正比4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-29不同調(diào)制波頻率fr(fr1<fr2)時的同步調(diào)制SPWM波形a)fr

＝fr1b)fr＝fr2

第十八頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

同步調(diào)制由于fc與fr成正比，因而當(dāng)fr變化時，fc也相應(yīng)變化，這就使逆變器的開關(guān)頻率不固定。例如：當(dāng)fr變高時，fc同步變高，從而使開關(guān)頻率變高；而當(dāng)fr變低時，fc同步變低，從而使開關(guān)頻率變低。由于載波比N保持一定，當(dāng)fr變化時，一個調(diào)制波周期中的脈沖數(shù)將固定不變。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器同步調(diào)制有以下特點：圖4-29不同調(diào)制波頻率fr(fr1<fr2)時的同步調(diào)制SPWM波形a)fr

＝fr1b)fr＝fr2

第十九頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

同步調(diào)制當(dāng)載波比N為奇數(shù)時，一個調(diào)制波正、負半個周期以及半個周期中的前后1/4周期的脈沖波形具有對稱性。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-29不同調(diào)制波頻率fr(fr1<fr2)時的同步調(diào)制SPWM波形a)fr

＝fr1b)fr＝fr2

第二十頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

同步調(diào)制當(dāng)載波比N為奇數(shù)時，由于SPWM波形的對稱性，無論fr高低，都不會導(dǎo)致基波相位的跳動。由于同步調(diào)制時的開關(guān)頻率隨fr的變化而變化，所以對于需要設(shè)置輸出濾波器的正弦波逆變器（如UPS逆變電源）而言，輸出濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計較為困難。當(dāng)fr變高時，fc變高，從而使開關(guān)頻率變高，輸出諧波減小；當(dāng)fr變低時，fc變低，從而使開關(guān)頻率變低，輸出諧波增大。因此采用同步調(diào)制時，SPWM的高頻性能好，而低頻性能較差。為了克服這一不足，同步調(diào)制時，應(yīng)盡量提高SPWM的載波比N，但較高的載波比設(shè)計會使調(diào)制波頻率變大時逆變器的開關(guān)頻率增加，從而導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第二十一頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

分段同步調(diào)制

對比同步與異步調(diào)制發(fā)現(xiàn)兩者具有互補的性能特點，但是對于各自不足的改進，都是通過提高開關(guān)頻率來實現(xiàn)，而提高開關(guān)頻率會導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。是否可將同步與異步調(diào)制相結(jié)合，構(gòu)成一種新的調(diào)制方案呢？分段同步調(diào)制是在結(jié)合異步調(diào)制優(yōu)點（低頻特性好）基礎(chǔ)上，并克服了同步調(diào)制的不足（低頻特性差）而產(chǎn)生的。分段同步調(diào)制，就是首先將fr的變化范圍劃分為若干個頻段區(qū)域，在每個頻段區(qū)域中，采用同步調(diào)制（載波比N為奇數(shù)且恒定）。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第二十二頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

分段同步調(diào)制

為克服同步調(diào)制低頻特性差的這一不足，可以結(jié)合異步調(diào)制時其載波比N與fr成反比的特點，使不同頻段區(qū)域中的載波比N發(fā)生變化例如：當(dāng)調(diào)制波頻率由fr1下降到fr2時，載波比也由N1突變增大到N2，此時fc由fc1突變增大到fc2，從而有效地克服了同步調(diào)制時fc與fr成正比變化的不足。可見，采用分段同步調(diào)制時，隨著fr的變化，fc由于載波比N的切換，使fc的變化被限制在某兩個頻率點范圍內(nèi)。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第二十三頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

分段同步調(diào)制

為了防止fc在切換頻率點上的振蕩，可在各頻率切換點切換時，依據(jù)fr的不同變化方向加入切換滯環(huán)。調(diào)制波頻率fr變化時，基于滯環(huán)特性的分段同步調(diào)制載波頻率切換如圖4-30所示。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器

圖4-30調(diào)制波頻率fr變化時基于滯環(huán)特性的分段同步調(diào)制載波頻率切換第二十四頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成SPWM脈沖信號的生成是指：通過模擬或數(shù)字電路對載波信號和調(diào)制波信號進行適當(dāng)?shù)谋容^運算處理，從而生成與調(diào)制波信號相對應(yīng)的脈寬調(diào)制信號，以此驅(qū)動正弦波逆變器的功率開關(guān)。SPWM脈沖信號的生成主要包括模擬生成法和數(shù)字生成法。1)模擬生成法——模擬比較法是將載波信號（如三角波信號）和調(diào)制波信號（如正弦波信號）通過模擬比較器進行比較運算，從而輸出SPWM脈沖信號。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-31SPWM脈沖信號模擬比較法生成的原理電路第二十五頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成2)數(shù)字生成法1——自然采樣法是通過聯(lián)立三角載波信號和正弦調(diào)制波信號的函數(shù)方程并求解出三角載波信號和正弦調(diào)制波信號交點的時間值，從而求出相應(yīng)的脈寬和脈沖間隙時間以生成SPWM脈沖信號。自然采樣法實際上就是模擬比較法的數(shù)字實現(xiàn)，其原理如圖4-32所示。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-32SPWM脈沖信號自然采樣法生成原理第二十六頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成2)數(shù)字生成法1——自然采樣法若令三角載波幅值Ucm＝1，調(diào)制度為M，正弦調(diào)制波角頻率為ωr，則正弦調(diào)制波的瞬時值為由圖4-32，并根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系可得自然采樣法SPWM脈寬t2的表達式為

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-32SPWM脈沖信號自然采樣法生成原理(4-30)(4-31)第二十七頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成3）數(shù)字生成法2——規(guī)則采樣法是將自然采樣法中的正弦調(diào)制波以階梯調(diào)制波進行擬合后一種簡化的SPWM脈沖信號發(fā)生方法，其原理如圖4-33所示。每個載波周期中，原正弦調(diào)制波與三角載波周期中心線的交點就是階梯波水平線段的中點。這樣，三角載波與階梯波水平線段的交點A、B兩點就分別落在正弦調(diào)制波的上下兩邊，從而減少了以階梯波調(diào)制的誤差。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-33SPWM脈沖信號規(guī)則采樣法生成原理第二十八頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成3)數(shù)字生成法2——規(guī)則采樣法由圖4-33，并根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系容易得出規(guī)則采樣法SPWM脈寬t2以及脈沖間隙時間t1、t3的表達式分別為由于te

、Tc、M均為已知量，因此，規(guī)則采樣法SPWM脈寬t2的計算較為簡便，適合基于微處理器的數(shù)字SPWM控制。

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-33SPWM脈沖信號規(guī)則采樣法生成原理(4-32)(4-33)

第二十九頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法利用PWM波形的傅立葉級數(shù)分解，通過數(shù)個特定諧波幅值為零以及基波幅值控制方程式的聯(lián)立，求解出PWM波形脈沖沿的轉(zhuǎn)換角，從而實現(xiàn)SPWM脈沖信號的發(fā)生。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-34SPWM脈沖信號特定諧波消除法生成的PWM脈沖波形第三十頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法為了減小諧波和簡化波形發(fā)生，首先考慮消除偶次諧波，為此PWM脈沖波形的正、負半周應(yīng)對稱與零點，即f（ωt）=

－f（π+ωt）；另外，為了消除諧波中的余弦項，則必須使PWM脈沖波形奇對稱，即f（ωt）=f（π－ωt）4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-34SPWM脈沖信號特定諧波消除法生成的PWM脈沖波形第三十一頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法為說明諧波消除的算法原理，令1/4個調(diào)制波周期中脈沖沿的轉(zhuǎn)換角αi（i=1，2，3…，K）滿足如下條件根據(jù)傅立葉級數(shù)分解，PWM波形的諧波和基波幅值分別為由于有K個轉(zhuǎn)換角αi（i=1，2，3…，K）需要求解，上述基波和諧波幅值方程只有K個自由度。

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器0≤α1≤α2≤α3≤…≤αK≤π/2(4-34)(4-35)(4-36)

第三十二頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成4)數(shù)字生成法3——特定諧波消除法為了使基波幅值可控（占一個自由度），則必然只能使（K－1）個諧波幅值為零（占K－1個自由度），因此在上述PWM脈沖波形中，只能消除指定的（K－1）種諧波。由式（4-36)可令其中的（K－1）種諧波幅值為零，即4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器(4-37)……第三十三頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法兩態(tài)調(diào)制（TSM－Two-StateModulation）是美國的A.G.Bose于1966年提出的。所謂跟蹤型兩態(tài)調(diào)制是指利用一個閉環(huán)控制中的誤差滯環(huán)比較器，直接產(chǎn)生一個只有兩態(tài)（高電平、低電平）的PWM控制信號，以使某一輸出量能自動跟蹤控制指令。當(dāng)將兩態(tài)調(diào)制運用于逆變器的控制時，若控制指令為正弦波時，通過誤差滯環(huán)比較器的輸出就可以實現(xiàn)SPWM脈沖信號發(fā)生。這種跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法既可以利用模擬生成法實現(xiàn)也可以利用數(shù)字生成法實現(xiàn)。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第三十四頁，共80頁。4.2.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本問題

SPWM脈沖信號的生成跟蹤型兩態(tài)調(diào)制法圖4-35a表示了一個電壓型半橋逆變器的電流跟蹤型兩態(tài)調(diào)制結(jié)構(gòu)，其PWM及其電流跟蹤波形如圖4-35b所示。基本規(guī)律：當(dāng)VT1或VD1導(dǎo)通時，輸出電流i增大；而當(dāng)VT2或VD2導(dǎo)通時，輸出電流I減小。可以將逆變器的輸出電流控制在i*－ΔI和i*＋ΔI的范圍內(nèi)。一種基于滯環(huán)比較器的閉環(huán)調(diào)制PWM脈沖信號方式。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-35電流跟蹤型兩態(tài)調(diào)制結(jié)構(gòu)及其PWM電流跟蹤波形電壓型半橋逆變器電路PWM電流跟蹤波形注意：主電路圖中VD1、VD2上、下標(biāo)反了!第三十五頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制單相電壓型正弦波逆變器原理電路如圖4-36所示。對于單相電壓型正弦波逆變器，可采用三種SPWM控制方案，即單極性SPWM控制、雙極性SPWM控制以及倍頻單極性SPWM控制。以下分別進行討論。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-36單相電壓型正弦波逆變器原理電路第三十六頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制單極性SPWM控制所謂單極性SPWM控制是指逆變器的輸出脈沖具有單極性特征。即當(dāng)輸出正半周時，輸出脈沖全為正極性脈沖；而當(dāng)輸出負半周時，輸出脈沖全為負極性脈沖。為此，必須采用使三角載波極性與正弦調(diào)制波極性相同的所謂單極性三角載波調(diào)制。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-37單極性SPWM控制時的調(diào)制波形與驅(qū)動信號生成第三十七頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制根據(jù)單相電壓型正弦波逆變器電路橋臂控制功能的不同，可將其分為周期控制橋臂以及調(diào)制橋臂。功率管驅(qū)動信號生成原理電路如圖4-37b所示，比較器A用于驅(qū)動周期控制橋臂，B用于驅(qū)動調(diào)制橋臂。在正弦調(diào)制波正半周，由于三角載波的極性為正，則比較器B的輸出極性為正，此時VT4導(dǎo)通有效而VT3關(guān)斷有效。比較器A則根據(jù)調(diào)制波與載波的調(diào)制而輸出SPWM信號。顯然，正弦調(diào)制波正半周時，逆變器輸出正極性的SPWM電壓脈沖。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器VT3（VD3）、VT4（VD4）作為周期控制橋臂VT1（VD1）、VT2（VD2）則作為調(diào)制橋臂第三十八頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制雙極性SPWM控制是指逆變器的輸出脈沖具有雙極性特征。即無論輸出正、負半周，輸出脈沖全為正、負極性跳變的雙極性脈沖。當(dāng)采用基于三角載波調(diào)制的雙極性SPWM控制時，只須采用正、負對稱的雙極性三角載波即可。為實現(xiàn)雙極性SPWM控制，需對逆變器的功率管進行互補控制。雙極性SPWM控制時的功率管驅(qū)動信號生成原理電路如圖4-38b所示。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器雙極性SPWM控制時的調(diào)制波形相應(yīng)的驅(qū)動信號生成電路第三十九頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制雙極性SPWM控制當(dāng)正弦調(diào)制波信號瞬時值大于三角載波信號瞬時值時，比較器的輸出極性為正，VT1、VT4導(dǎo)通有效，而VT2、VT3關(guān)斷有效，逆變器輸出為正極性的SPWM電壓脈沖。同理，當(dāng)正弦調(diào)制波信號瞬時值小于三角載波信號瞬時值時，比較器的輸出極性為負，VT2、VT3導(dǎo)通有效，而VT1、VT4關(guān)斷有效，逆變器輸出為負極性的SPWM電壓脈沖。雙極性SPWM控制由于采用了正、負對稱的雙極性三角載波，從而使簡化了SPWM控制信號的發(fā)生。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制倍頻單極性SPWM控制逆變器輸出脈沖的調(diào)制頻率是載波頻率的兩倍，并且輸出脈沖具有單極性特征。倍頻單極性SPWM控制有調(diào)制波反相和載波反相兩種PWM控制模式，具體討論如下：調(diào)制波反相的倍頻單極性SPWM控制模式功率管驅(qū)動信號生成原理電路與雙極性SPWM控制時的功率管驅(qū)動信號生成原理電路類似。兩者在調(diào)制波的設(shè)計上有所不同，即：逆變器兩相橋臂的調(diào)制信號則采用了幅值相等且相位互差180°的調(diào)制波信號4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十一頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制倍頻單極性SPWM控制載波反相的倍頻單極性SPWM控制模式功率管驅(qū)動信號生成原理電路與單極性時的SPWM控制時的功率管驅(qū)動信號生成原理電路類似。只是將單極性SPWM驅(qū)動信號電路中比較器B的載波輸入電阻支路改接至比較器B的“-”端，而原有“-”端接地的電阻支路刪除。并分別在兩比較器輸入幅值相等且相位互差180°的對稱雙極性載波信號。其SPWM相關(guān)波形如圖4-39b所示。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十二頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制倍頻單極性SPWM控制逆變器輸出脈沖的調(diào)制頻率均為載波頻率的兩倍。表明：如果載波頻率與單極性SPWM控制時的載波頻率相同，這種倍頻單極性SPWM控制的逆變器輸出脈沖的調(diào)制頻率是單極性SPWM控制時的兩倍。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十三頁，共80頁。4.2.3.3

單相電壓型正弦波逆變器的PWM控制倍頻單極性SPWM控制因此，采用倍頻單極性SPWM控制，優(yōu)點：在一定的輸出波形畸變率條件下，可以有效降低功率管的開關(guān)頻率；另一方面，在一定的開關(guān)頻率條件下，可以有效降低輸出波形畸變率。倍頻單極性SPWM控制由于控制簡單且具有輸出倍頻特性，因而是一種優(yōu)化的單相電壓型正弦波逆變器的SPWM控制方案。尤其是調(diào)制波反相控制模式，由于采用微處理器（如采用DSP）進行波形發(fā)生的方便性，實際應(yīng)用時被較多采用。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十四頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

三相電壓型正弦波逆變器原理電路如圖4-40所示。對于三相電壓型正弦波逆變器，可采用多種SPWM控制方案即：三相雙極性SPWM控制、提高電壓利用率的鞍形調(diào)制波SPWM控制以及既能提高電壓利用率又能降低開關(guān)損耗的綜合優(yōu)化SPWM控制等。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器圖4-40三相電壓型正弦波逆變器原理電路第四十五頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

三相雙極性SPWM控制是三相電壓型正弦波逆變器基本的SPWM控制方案，這種控制方案對每相橋臂采用雙極性SPWM控制，即三相橋臂采用同一個三角載波信號，而三相橋臂的調(diào)制波則采用三相對稱的正弦波信號。三相雙極性SPWM控制時的調(diào)制波形和功率管驅(qū)動信號生成原理電路如圖4-41所示。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十六頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十七頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十八頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

三相雙極性SPWM控制主要特點如下：相對于逆變器直流電壓中點的輸出相電壓波形為雙極性SPWM波形，且幅值為±Ud/2。逆變器輸出的線電壓波形為單極性SPWM波形，且幅值為±Ud。任何SPWM調(diào)制瞬間，逆變器每相橋臂有且只有一個功率器件導(dǎo)通（功率管或二極管）。由于三相雙極性SPWM控制的實現(xiàn)較為簡單，因而成為在實際應(yīng)用中最為廣泛采用的方案。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第四十九頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

鞍形調(diào)制波SPWM控制對采用三相雙極性SPWM控制的三相電壓型正弦波逆變器線電壓波形進行傅立葉分析，可得到其輸出線電壓的基波幅值為而對于180°導(dǎo)電型控制的三相電壓型方波逆變器，同理采用傅立葉分析，可得到其輸出線電壓的基波幅值為若定義逆變器輸出線電壓的基波幅值與逆變器直流電壓之比為電壓型逆變器的電壓利用率，顯然，三相雙極性SPWM控制時的正弦波逆變器電壓利用率（約為0.866）較180°導(dǎo)電型控制時的方波逆變器電壓利用率（約為1.1）低。那么，為何方波控制時的電壓利用率較高呢？4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第五十頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

鞍形調(diào)制波SPWM控制實際上，180°導(dǎo)電型方波控制可由以180°方波為調(diào)制波且調(diào)制度為1時的方波PWM控制來等效。此時，雖然方波調(diào)制波調(diào)制度為1（臨界過調(diào)制），但由于其方波調(diào)制波中對應(yīng)基波的調(diào)制度已大于1（過調(diào)制），從而使電壓利用率得以提高。因此，為了提高SPWM控制時的電壓利用率，最直接的方法就是使正弦調(diào)制波的峰值大于三角載波的峰值，使SPWM過調(diào)制。但這種使正弦調(diào)制波過調(diào)制的SPWM控制，在其輸出基波幅值增加的同時（提高了電壓利用率），必然導(dǎo)致波形畸變，從而使SPWM輸出諧波增加。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第五十一頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

鞍形調(diào)制波SPWM控制如何在不增加SPWM輸出諧波的同時，有效地提高電壓型逆變器SPWM控制時的電壓利用率呢？試設(shè)想：如果能在PWM調(diào)制波信號臨界過調(diào)制時使調(diào)制波信號中的基波分量過調(diào)制，并且由此而導(dǎo)致的三相調(diào)制波信號的畸變并不影響三相電壓型逆變器SPWM線電壓的波形品質(zhì)，就可以實現(xiàn)在不增加諧波的同時，有效地提高電壓型逆變器SPWM控制時的電壓利用率。對于三相對稱無中線輸出的電壓型逆變器，由于不存在中線，若在每相相電壓中引入零序電壓，由于三相零序電壓的瞬時值相等，因此，零序電壓的引入將不會改變輸出線電壓波形。4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1.2逆變器的分類

4.1.3逆變器的性能指標(biāo)

4.2電壓型逆變器（VSI）

4.2.1電壓型方波逆變器

4.2.2電壓型階梯波逆變器

4.2.3電壓型正弦波逆變器4.3空間矢量PWM控制

4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布

4.3.2空間電壓矢量的合成4.4電流型逆變器

4.4.1電流型方波逆變器

4.4.2電流型階梯波逆變器第五十二頁，共80頁。4.2.3.4三相電壓型正弦波逆變器的PWM控制

鞍形調(diào)制波SPWM控制如果在三相電壓型逆變器每相橋臂的正弦調(diào)制波信號中引入零序分量，雖然會使調(diào)制波信號發(fā)生畸變，但利用這種畸變的調(diào)制波信號進行PWM控制，其結(jié)果并不會影響三相電壓型逆變器的線電壓波形品質(zhì)——是一種基于線電壓的SPWM控制方案。如何引入某種特定的零序調(diào)制分量，并使其能極大地提高三相電壓型逆變器的電壓利用率。最簡單的零序分量可選擇三次諧波。由于三次諧波的引入，原正弦調(diào)制波變成鞍形調(diào)制波，而鞍形調(diào)制波在90°兩側(cè)可形成類似的“平頂”，從而有效地提高三相電壓型逆變器的電壓利用率。那么，注入多大幅值的三次諧波，才能最大程度地提高三相電壓型逆變器的電壓利用率？4.1概述

4.1.1逆變器的基本原理

4.1