第十六讲 逆变电路(二)

第四章 直流/交流变换器
4.3 单相逆变器单脉波脉冲宽度控制 4.4 正弦脉冲宽度调制技术 4.5 三相逆变电路工作原理 4.6 大功率逆变电路
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
1
通过输入直流调压：
交流 电源
+
可控 直流 电源 直流 环节 滤波器 逆 变 器 负 载
可控整流方案
二极 管整 流器
DC/DC 斩波器
(c)电压波形
15
调制法：双极性SPWM的脉冲面积
id
VD
T1
D1
T3 Z
D3
Vab TK VD TC TK VD / TC
a
T2
ia
b
D4
2TK / TC 1VD 2D 1VD
D4
T4
D
TK AB BF Vcm vr 1 vr 1 TC AE EH 2Vcm 2 V cm
同步调制和异步调制
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
23
三角波频率fC与正弦波频率fT（相当于逆变器输出频率） 同步时载波比：fC / fT =Const.
Vab
VD vr Vcm
vab1 (t )
V sin r t V vr (t ) VD rm VD rm VD sin r t Vcm Vcm Vcm
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
16
双极性SPWM谐波特性
v ab (t ) VD M cos( r t r ) 4VD 基波分量
滤波器
逆 变 器
负 载
斩波调压方案
以上两种调压方式均需要可控的直流输入
第4章 直流/交流变换器（逆变器） 2
逆变器本身调压：
vo
A S1 S3
v1
v0
C D
L C
v1
0 D
C
E
vo
VD
S2 B
R
vo
T 2

X-Axis (b)180方波
o
t
t
VD
0
vo
S4
v1

基本逆变电路
Ton T
Ton
Tk Vrm Vab VD VD sin k Tc / 2 Vcm
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
Vab1 M VD sin r t
19
调制法：单极性SPWM特点 基波特性：
Vn Vn
0.8
2 2Vd
Vab1 M VD sin r t
第4章 直流/交流变换器（逆变器） 8
PWM控制的基本原理
理论基础
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时， 其效果基本相同 冲量指窄脉冲的面积 效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同 低频段非常接近，仅在高频段略有差异
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
PWM控制的基本原理
13
4.4 正弦脉冲宽度调制技术 SPWM基本原理 双极性SPWM调制 单极性SPWM调制 规则采样SPWM SPWM的谐波特性 指定谐波消除调制
第4章 直流/交流变换器（逆变器） 14
Vrm
vc
t
D1 T3 Z D3
2 调制法：双极性SPWM脉冲生成 0
id
VD
T1
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
6
4.4 正弦脉冲宽度调制技术 SPWM基本原理 双极性SPWM调制 单极性SPWM调制 规则采样SPWM SPWM的谐波特性
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
7
4.4 正弦脉冲宽度调制技术 SPWM基本原理 双极性SPWM调制 单极性SPWM调制 规则采样SPWM SPWM的谐波特性 指定谐波消除调制
0
v2 ( t ) 3 V t 41 m 5 sin
6 7 8 9
2 3 4 5
2
10
3 5 7 9 10 10 10 10 10
1 3 5 7 9 3 4 5 10 10 10 10 10
t
t
vab ( t) 0
Vd vab (t )
Vd
1 2
(a)6
2
17
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
调制法：单极性SPWM脉冲生成
VD/2 n VD/2
id
T1
D1
T3 Z
D3
a
T2
ia
b
D4
D2
T4
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
18
调制法：单极性SPWM脉冲面积
VD/2 n VD/2
id
T1
D1
T3 Z
D3
a
T2
ia
b
D4
D4
T4
Tk Tk / 2 FC FB Dk Tc / 2 Tc / 4 EC EA Vrm sin k vr Vcm Vcm
7 8 9 10
cos K 1TS cosKTS V 1 1 1m 2 sin TS sin KTS TS 2 2

V1m
αK
(a)
1 2 3 4 5
DK
7 8 9
0 1 2 3
0 1 2 3
面积等效原理 下列冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具
有惯性的环节图a）上时，其电流响应效果如图b）所示低 频段重合，高频段有小差异，效果基本相同。
f (t) f (t) f (t) f (t)
(t)
O
a)
t
O
b)
t O 图6-1
c)
t
O d)
t
i(t) i(t) e(t) O a) 图6-2 b) a c d b
vab (t ) VD M cosr t 4VD 1 J 2 n1 (mM ) cos(m n 1) cos2mc t (2n 1)r t m1 n 2m
1.0

基波的频率、相位均与
调制波或参考波相同， 基波幅值为MVD。 输出电压中不含载波频 率偶次倍频及其边带谐 波。 载波偶次倍频两侧也仅 含奇次边带谐波簇。
VD/2 n VD/2
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O
id
T1
D1
T2
D3
a
T3
ia
Z
b
a)
D4 T4
D4
t t t t
?
io t 1 t2
t3 b)
uo t
1 3 1 5 1 7 输出电压大小：vab t 4VD sin sin t sin sin 3t sin sin 5t sin sin 7t
1. 消除了低次谐波，3,5,7….等 次谐波没有了。 2. 谐波幅值仍然可以与基波相 比较甚至更大。 3. LOH在两倍开关频率附近， 比双极性SPWM优越。
最低次谐波频率提高一倍，相当于单极性调制两倍开关频率的效 果，所以也称单极倍频SPWM。
第4章 直流/交流变换器（逆变器）ia
b
vr
3 2
Vcm Vrm
0
f N c 9 M Vrm fr Vcm
vc
vab
T2 D4 T4 D4
2 t
VD
0
2
VD
2
2 t
vr
vab
VD
2
2 4 1 3
(c)电压波形
0
3 2
VD
第4章 直流/交流变换器（逆变器）
2
2 t
2 4 1 3
( n0)
基波的频率、相位均与调制 波或参考波相同，基波幅值 为MVD。 输出波形不含载波偶次倍频 谐波。 谐波间隔为两倍基波频率， 奇次载频两侧为偶此边带谐 波，偶次载频两侧为奇次边 带谐波。
1.0
0.75
M=0.75 N=15
0.5
0.25
0
15
30
45
60
70
双极性SPWM频谱图

mJ
m 1

1
0 (m

2
M ) sin m

2
cosm( c t c )
载波倍频谐波
4VD
1 J ( m M ) sin ( m n ) cosm( c t c ) n( r t r ) 边带谐波 n 2 m1 n m 2
图6-2 冲量相同的各种 窄脉冲的响应波形
t
PWM控制的基本原理
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一 个正弦半波 a)
正弦半波N 等分，可看成N个彼此相连的脉 冲序列，宽度相等，但幅值不等 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重 合，面积（冲量）相等 宽度按正弦规律变化 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而 和正弦波等效的PWM波形 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
(a)正弦电压
(a)正弦电压
7 8 9 4 5 (b) 2 1
4 5 2 1
(b)

2
2
TK K V1m TS S VD
1 2 sin( TS ) 2 sin K Ts
t
td V
M：调制比
DK 按正弦规律变化，故脉冲面 积按正弦规律变化
V1
基波大小与调制比M成正比 谐波波特性：
V15 V13
V17 V11