multisim仿真教程 正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路
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multisim仿真教程正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路multisim仿真教程11.8正弦脉宽调制( SPWM)逆变电路multisim仿真教程11.8.1正弦脉宽调制(SPWM)逆变电路工作原理1. SPWM控制的基本原理图11.8.1(a)示出正弦彼的正半周波形，并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。
这些脉冲的宽度相等，都等于π / N,但幅值不等，且脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。
multisim仿真教程如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替，就得到图11.8.1(b)所示的脉冲序列。
这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。
multisim仿真教程SPWM(Sine Pulse Width Modulation正弦波脉宽调制)的控制思想，就是利用逆变器的开关元件，由控制线路按一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。
其脉宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正弦电压波。
multisim仿真教程图11.8.1 SPWM控制的基本原理multisim仿真教程SPWM正弦波脉宽调制的特点是输出脉冲列是不等宽的，宽度按正弦规律变化，故输出电压的波形接近正弦波。
SPWM是采用一个正弦波与三角波相交的方案确定各分段矩形脉冲的宽度。
通常采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上下宽度与高度成线性关系且左右对称。
multisim仿真教程当它与正弦波的调制信号波相交时，所得到的就是SPWM波形。
如在交点时刻控制电路中开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。
这正好符合SPWM控制的要求。
multisim仿真教程2. 单极性PWM控制方式一个电压型单相桥式逆变电路如图11.8.2所示，采用电力晶体管作为开关器件。
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第13章Multisim模拟电路仿真本章Multisim10电路仿真软件，讲解使用Multisim进行模拟电路仿真的基本方法。
目录1。
Multisim软件入门2。
二极管电路3. 基本放大电路4. 差分放大电路5. 负反馈放大电路6. 集成运放信号运算和处理电路7。
互补对称（OCL）功率放大电路8. 信号产生和转换电路9. 可调式三端集成直流稳压电源电路13.1 Multisim用户界面及基本操作13.1.1 Multisim用户界面在众多的EDA仿真软件中，Multisim软件界面友好、功能强大、易学易用，受到电类设计开发人员的青睐。
Multisim用软件方法虚拟电子元器件及仪器仪表,将元器件和仪器集合为一体，是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软件。
Multisim来源于加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technologies，简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，原名EWB。
IIT公司于1988年推出一个用于电子电路仿真和设计的EDA工具软件Electronics Work Bench(电子工作台，简称EWB），以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用而得到迅速推广使用。
1996年IIT推出了EWB5。
0版本,在EWB5.x版本之后，从EWB6.0版本开始，IIT对EWB进行了较大变动，名称改为Multisim（多功能仿真软件）。
IIT后被美国国家仪器（NI，National Instruments）公司收购，软件更名为NI Multisim，Multisim 经历了多个版本的升级，已经有Multisim2001、 Multisim7、 Multisim8、Multisim9 、Multisim10等版本,9版本之后增加了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和应用。
下面以Multisim10为例介绍其基本操作.图13。
1-1是Multisim10的用户界面，包括菜单栏、标准工具栏、主工具栏、虚拟仪器工具栏、元器件工具栏、仿真按钮、状态栏、电路图编辑区等组成部分。
11.8正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路
图11.8.8 通过比较器产生的波形
11.8.3 SPWM逆变电路 SPWM逆变电路如图11.8.9（a）（b）所 示。图中函数发生器XFG1产生1kHz的三角波信 号作为载波信号uc，函数发生器XFG1产生50Hz 的正弦波信号作为调制信号ur ，XFG1和XFG2 对话框设置如图11.8.6所示。
11.8正弦脉宽调制（ SPWM）逆变电路 11.8正弦脉宽调制（ SPWM） 正弦脉宽调制
11.8.1正弦脉宽调制（SPWM） 11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理 正弦脉宽调制 1. SPWM控制的基本原理 图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形， 并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成 由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲 的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且 脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变 化。
如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面 积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替， 就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样， 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形 与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可 用相同的方法来等效。
SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波 脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的 开关元件，由控制线路按一定的规律控制开 关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得 一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉 宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正 弦电压波。
控制VT4或VT3通断的方法如图11.8.3所示。载 波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角 波，在负半周为负极性的三角波。调制信号ur 为正弦波。在ur和uc的交点时刻控制晶体管VT4 或VT3的通断。在ur的正半周，VT1保持导通， 当ur＞ uc时使VT4导通，负载电压uo＝ UD，
基于Simulink的三相SPWM逆变器的建模与仿真
基于Matlab/Simulink 的三相SPWM 逆变器的建模与仿真姓 名：** （班级：**）【摘要】随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM 技术得到了迅速发展，SPWM 正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列有点，是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
SPWM 技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM 技术。
因此，研究SPWM 逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。
本文主要通过对三相SPWM 逆变器的Matlab/Simulink 建模与仿真，研究逆变电路的输入输出及其特性，以及一些参数的选择设置方法。
Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
关键词：SPWM 三相逆变器 Mmatlab/Simulink 建模与仿真 1．三相电压型桥式逆变电路该电路采用双极性控制方式，U 、V 和W 三相的PWM 控制通常公用一个三角载波c u ，三相的调制信号rU u 、rV u 和rW u 一次相差120°。
U 、V 和W 各相功率开关器件的控制规律相同，现以U 相为例来说明。
当rU u >c u 时，给上桥臂1V 以导通信号，给下桥臂4V 以关断信号，则U 相相对于直流电源假想中点'N 的输出电压2/'d UN U u =。
当rU u <c u 时，给4V 以导通信号，给1V 以关断信号，则2/-'d UN U u =。
1V 和4V 的驱动信号始终是互补的。
当给1V （4V ）加导通信号时，可能是1V （4V ）导通，也可能是二极管1D V （4D V ）续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。
正弦脉宽调制(SPWM)控制
正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18 ylw527+关注献花(4)为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。
应用最早而且作为pwm控制基础的是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。
图3-1与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列3.1正弦脉宽调制原理一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1所示。
图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。
为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。
在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。
从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。
例如，把正弦半波分作n等分(在图3-2中，n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm波形。
同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。
这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm波形称作单极式spwm。
第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法
第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法1(2(1 正弦波脉宽调制SPWM逆变器结构典型的交流-直流,交流逆变器的结构如图2-1-3所示。
图2-1-3: 变压变频器主电路结构图图2-1-3中，单相交流或三相交流供电经非控全波整流，变成单极性直流电压;该直流电压经有源或无源功率因素校正电路PFC(Power Factor Correct)得到直流母线电压 Udc，某些情况下功率因素校正电路可以省略。
逆变器的核心电路是由六个功率开关器件Q1-Q6构成的三相逆变桥，每个桥有上下两个桥臂;上桥臂上端接直流母线电压正端(DC+)，下桥臂下端接直流母线参考端(DC-);对于交流异步电机的驱动，为防止直通，上、下桥臂通常设置为互补工作方式:上桥臂导通时，下桥臂截止;下桥臂导通时，上桥臂截止。
三桥臂中间输出接至负载:三相感应电机的UVW输入端。
功率开关器件Q1-Q6可以是晶闸管GTO，双极性功率晶体管BJT，金属氧化膜功率场效应管MOSFET，绝缘栅型双极性功率晶体管IGBT。
IGBT具有开关速度快、承载电流大、耐压高、管耗小等特点，在电源逆变器中得到最为广泛的应用。
对于感性负载(电机)，为了保护IGBT，常需加续流二极管D1-D6，用以在开关管关断时形成电流回路。
IGBT通常已与续流二极管封装在一起。
电容C用于能量缓冲，可保持直流母线电压Udc相对稳定。
为了在电机的UVW端线上输入三相平衡的交流电，通常做法是依一定规则用PWM信号PWM1L-PWM3H去控制逆变器的六个开关管的开关状态。
所谓的正弦波SPWM(Sinusoidally PWM)技术，就是用正弦波去调制PWM信号的脉宽，即:功率管的输出为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其宽度依正弦波规律变化;对交流输出波形的幅度对称性及相位要求不是非常苛刻的应用来说，PWM 信号的频率通常保持不变。
这种控制策略也叫异步控制法，即载波信号的频率独立于调制波频率。
见图2-1-4。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
正弦脉宽调制(SPWM)控制
正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18 ylw527 + 关注献花 (4)为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。
应用最早而且作为pwm 控制基础的是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称 spwm)。
图3-1 与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列3.1正弦脉宽调制原理一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1 所示。
图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。
为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。
在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。
从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。
例如，把正弦半波分作n 等分(在图 3-2 中，n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm 波形。
同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。
这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm 波形称作单极式 spwm。
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11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理
1. SPWM控制的基本原理 图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形，
并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成 由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲 的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且 脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变 化。
方向变化，所得到输出电压的PWM波形也只在 一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制 方式。 3. 双极性PWM控制方式
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图11.8.2的单相桥式逆变电路采用双极性PWM 控制方式的波形如图11.8.4所示。在双极性方
式中ur的半个周期内，三角波载波是在正、负
两个方向变化的，所得到的PWM波形也是在两
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当它与正弦波的调制信号波相交时，所
得到的就是SPWM波形。如在交点时刻控制电
路中开关器件的通断，就可以得到宽度正比
于信号波幅值的脉冲。这正好符合SPWM控制
的要求。
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2. 单极性PWM控制方式
一个电压型单相桥式逆变电路如图11.8.2
所示，采用电力晶体管作为开关器件。设负载
为电感性，对各晶体管的控制按下面的规律进
个方向变化的。在ur的一周期内，输出的PWM 波形只有±UD两种电平，仍然在调制信号ur和 载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。
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在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相 同。当ur＞uc时，给晶体管VT1和VT4以导通信 号，给VT2、 VT3以关断信号，输出电压uo=UD。 当ur＜uc时，给VT2 、VT3以导通信号，给VT1 和VT4以关断信号，输出电压Uo＝－UD。可以
行：在正半周期，让晶体管VT1一直保持导通，
而让晶体管VT4交替通断。
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当VT1和VT4导通时，负载上所加的电压为直流 电源电压UD。当VT1导通而使VT4关断后，由于 电感性负载中电流不能突变，负载电流将通过 二极管VD3续流，负载上所加电压为零。
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如负载电流较大，那么直到使VT4再一次导通之 前，VD3一直持续导通。如负载电流较快地衰减 到零，在VT4再一次导通之前，负载电压也一直
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当 ur＜uc时使VT4关断，uo＝0；在ur的负半周， VT1关断，VT2保持导通，当ur＜uc时使VT3导 通，uo＝一UD，当ur＞uc时使VT3关断，uo＝0。 这样，就得到了PWM波形uo。图中虚线uof表示 uo中的基波分量。
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像这种在ur的半个周期内三角波载波只在一个
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图11.8.4 双极性PWM控制方式的波形
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11.8.2 SPWM产生电路
SPWM产生电路如图11.8.5所示，图中采
用LM339AJ比较器作为SPWM调制电路，函数发
生器XFG1产生1kHz的三角波信号作为载波信号
uc，函数发生器XFG1产生50Hz的正弦波信号作
为调制信号ur 。XFG1和XFG2对话框设置如图
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如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面 积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替， 就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样， 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形 与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可 用相同的方法来等效。
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SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波 脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的 开关元件，由控制线路按一定的规律控制开 关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得 一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉 宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正 弦电压波。
为零。这样，负载上的输出电压uo就可得到零
和UD交替的两种电平。
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同样，在负半周期，让晶体管VT2保持导 通。当VT3导通时，负载被加上负电压一 UD；当VT3关断时, VD4续流，负载电压为
零，负载电压uo可得到一UD和零两种电平。
这样，在一个周期内，逆变器输出的PWM 波形就由±UD和0三种电平组成。
看出，同一半桥上下两个桥臂晶体管的驱动信 号极性相反，处于互补工作方式。
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在电感性负载的情况下，若VTT1和VT4处
于导通状态时，给VT1或VT4以关断信号，而给
VT2和VT3以开通信号后，则VT1或VT4立即关断，
因感性负载电流不能突变，VT2和VT3并不能立
即导通，二极管VD2和VD3导通续流。
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图11.8.1 SPWM控制的基本原理
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SPWM正弦波脉宽调制的特点是输出
脉冲列是不等宽的，宽度按正弦规律变
化，故输出电压的波形接近正弦波。
SPWM是采用一个正弦波与三角波相交的
方案确定各分段矩形脉冲的宽度。通常
采用等腰三角波作为载波，因为等腰三
角波上下宽度与高度成线性关系且左右
对称。
11.8.6所示，产生的波形如图11.8.7所示。通
过比较器产生的波形如图1.8.8所示。
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图11.8.5 SPWM产生电路
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（a）
（b）
图11.8.6 XFG1精和品课X件FG2对话框设置
图11.8.7 XFG1和XF精G品2课件产生的波形
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当感性负载电流较大时，直到下一次VT1 和VT4重新导通前，负载电流方向始终未 变，VD2和VD3持续导通，而VT2和VT3始终 未开通。当负载电流较小时，在负载电流 下降到零之前，VD2和VD3续流，之后VT2 和VT3开通，负载电流反向。
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不论VD2和VD3导通，还是VT2和VT3开通，负载 电压都是一UD。从VT2和VT3开通向VT1和VT4开 通切换时，VD1和VD4的续流情况和上述情况类 似。
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图11.8.2 电压型单相桥式逆变电路
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图11.8.3单极性PWM控制方式
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控制VT4或VT3通断的方法如图11.8.3所示。载
波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角 波，在负半周为负极性的三角波。调制信号ur 为正弦波。在ur和uc的交点时刻控制晶体管VT4 或VT3的通断。在ur的正半周，VT1保持导通， 当ur＞ uc时使VT4导通，负载电压uo＝ UD，