PWM逆变器修订版
三电平逆变器pwm驱动波形
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三相PWM逆变电路
S1 D1 S3 D3 S5 D5
Ud/2 io uo
负载 W
U
V S6 D6 S2
W D2
Ud/2
S4
D4
负载 U
负载 V
O
分析假定如前，另外假定负载为星形连接，三相 输出点分别为U 、V、W，负载连接中点为O，三 相对称，以直流电位中点为电压参考点 选取星型负载接法的理由
id
S1 D1 S3 D3 S5 D5
t t t t t t t t t
负载 U
负载 V
iU i D1
S1 D1 S2 D2 S3 D3 S4 D4 S5 D5 S6 D6
iV
O
id
uU uV
Ud
ug4 ug5 ug6
ug1 t ug2 t ug3t
uU1
t t t t t t t
id
S1 D1 S3 D3 S5 D5
uUV
Ud
Ud/2 io uo
工作模式分析：
任一时刻都有且只有三个主开关导通，分别是两 个上管一个下管，或者一个上管两个下管 各工作状态的出现与电路控制方式和负载特性有 关，第四状态见于其它逆变模式
Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2
Ud/2
O
Ud/2
O
Ud/2
O
Ud/2
O
三个主 开关 载流 ，电流 从直 流母线 流向 逆变 器
Ud
ug4 ug5 ug6
ug1 t ug2 t ug3t
uU1
t t t t t t t
uUV
Ud
uUO uUO1 iW
uUV1
1/3Ud 1/3Ud
2/3Ud
uO i S1
PWM整流电路和逆变
1 PWM 整流电路系统模型及工作原理分析系统模型是分析和设计三相VSR 的基础，从不同的角度出发可以建立不同形式的系统模型，对应的控制方法也往往不同。
VSR 的拓扑结构常见有：单相VSR 、三相VSR 、三电平VSR 和基于软开关调制的VSR 。
单相VSR 的结构比较简单，故以单相VSR 为例说明电压型PWM 整流器的工作原理。
本章主要研究三相VSR 的系统模型和工作原理。
1.1 单相电压型PWM 整流器工作原理图1.1给出了PWM 整流电路的相量图，其中N U .表示电网电压，s U .表示PWM 整流电路输入的交流电压，L U .为连接电抗器s L 的电压。
图中滞后的相角为ϕ，.s I 与.s U 的相位完全相同，电路工作在整流状态，且功率因数为1。
这就是PWM整流电路的基本工作原理[11]。
N.U .LU .图1.1 单相PWM 整流电路的向量图图1.1中的单相VSR 主电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组成；忽略电感和功率开关管桥路的等效损耗电阻。
其中交流回路包括交流电压e 以及网侧电感re L 等；直流回路包括直流电容C 、负载电阻R L 和负载电压L e 等。
LR Le图1.1 单相VSR主电路稳态工作时，单相VSR输出直流电压不变，功率开关管按PWM方式开通和关断，单相VSR交流侧输出电压与单相逆变器相同。
由于电感的滤波作用，忽略VSR交流侧输出电压的谐波，单相VSR可以看作是可控的正弦单相电压源。
它与电网的正弦电压共同作用于输入电感reL上，产生正弦输入电流。
稳态条件下，单相VSR交流侧矢量关系如图1.3所示。
为简化分析，对于单相VSR模型电路，只考虑基波分量而忽略PWM谐波分量，并且不计交流侧电阻。
这样从图1.3中可以分析：当以电网电压矢量为参考时，通过控制单相VSR交流侧输出电压矢量V即可实现单相VSR的四象限运行。
若假设I不变，L reV=ωL I固定不变，在这种情况下，单相VSR交流电压矢量V端点运动轨迹构成了一个以LV为半径的圆。
单相桥式PWM逆变电路设计
单相桥式PWM逆变电路设计介绍单相桥式PWM逆变电路的背景和重要性单相桥式PWM逆变电路是一种常见的电力电子技术应用，广泛用于交流电能转换为直流电能的场合。
由于其高效、可靠的特点，被广泛运用于电力系统中的UPS（不间断电源）、电机驱动和太阳能逆变器等领域。
在现代电力系统中，交流电能的应用日益增多，而很多电子设备却需要使用直流电能。
因此，采用桥式PWM逆变电路来实现交流电与直流电的转换是非常必要和重要的。
本文将详细讨论单相桥式PWM逆变电路的设计原理和关键技术。
首先，将介绍PWM技术的基本原理，并解释为什么选择桥式逆变器。
其次，将详细讲解桥式逆变器的工作原理和电路结构。
最后，将给出一种基于控制策略的桥式逆变器设计方案。
通过本文的研究，读者将能够深入了解单相桥式PWM逆变电路的设计原理和实践应用，为电力系统和电子设备的设计提供有益的参考。
单相桥式PWM逆变电路是一种常用的电力电子变换器。
它通过控制开关器件的开关周期和占空比，将直流电源转换为交流电源，实现电能的变换和调节。
该逆变电路的基本组成包括：单相桥式整流电路：它由四个可控开关器件组成，通常使用MOSFET或IGBT等器件，用于将交流电源转换为直流电源。
PWM调制电路：PWM调制电路通过控制开关器件的开关周期和工作占空比，可以实现输出电压的调节和波形控制。
滤波电路：滤波电路用于平滑输出电压，去除输出电压中的高频噪声和谐波。
输出变压器：输出变压器用于将逆变电路的输出电压变换为所需的电压等级。
单相桥式PWM逆变电路的工作原理是：首先，经过单相桥式整流电路的整流，将交流电源转换为直流电源；然后，通过PWM 调制电路控制开关器件的开关周期和工作占空比，将直流电源转换为交流电源；最后，经过滤波电路的处理，输出平滑的交流电压。
这样，单相桥式PWM逆变电路实现了将直流电源转换为交流电源的功能，可以广泛应用于电力电子变换器、逆变电源、变频调速等领域。
本文讨论了单相桥式PWM逆变电路的设计步骤和注意事项。
逆变器SVPWM
4.1 逆变器的类型和性能指标 4.2 电压型单相方波逆变电路工作原理 4.3 电压型单相逆变器电压和波形控制 4.4 三相逆变电路工作原理 4.5 电压型三相逆变器电压和波形的SPW控制
2
4.1 逆变器的类型和性能指标
4.1.1 逆变器的类型 4.1.2 逆变器输出波形性能指标 4.1.3 其他指标
瞬态基波功率分析（感性负载）
基波电压幅值：U01m
4Ud
1.27Ud
基波电压有效值：U o1
Uo1m 2
0.9Ud
基波电压: uo1 U o1 2 sint
基波电流: io1 2Io1 sin（t ）
2f 2 ， tg 1 L0
基波瞬态功率：po1
po1 Uo1Io1 cos U Io1 o1 sin（2t ）
基波的直流功率 基波的交流功率
上式说明：基波的瞬态功率含有交流分量和直流分量。
基波的平均功率:
1 po1w T
T 0
po1dt
pDC
Uo1Io1 cos
直流功率讨论：
平均功率等于直流功率
PDC Uo1Io1 cos，有功功率，Q U I o1 01 sin 无功功率
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
(t)
形状不同而冲量相 同的各种窄脉冲
O
tO
tO
tO
t
a)
b)
c)
d)
实例
图6-1
– 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图a、b、c、d所示
– 电路输出：i(t)，
– 面积等效原理
i(t) e(t)
pwm逆变原理
pwm逆变原理
PWM（Pulse Width Modulation）逆变原理是一种常见的控制技术，广泛应用于电力电子领域。
它通过周期性地改变波形的脉冲宽度来控制电力输出。
PWM逆变的基本原理是将直流电源通过开关器件（如MOSFET或IGBT）进行高频切换，从而产生一个接近正弦波形的交流电压输出。
这种高频切换的脉冲信号可以通过改变脉冲的占空比来调节输出电压和电流的大小。
在PWM逆变电路中，一个重要的元件是PWM控制器。
PWM控制器通过测量输出信号的电压或电流，并与设定值进行比较，然后调整开关器件的工作状态，以使输出保持在设定值附近。
常用的PWM控制策略有基于单脉冲宽度调制（SPWM）和三角波调制（TPWM）。
在SPWM控制策略中，PWM控制器根据输出信号与设定值的差异来调整脉冲宽度，以维持输出电压的稳定性。
具体来说，PWM控制器会比较输出信号与参考信号（通常为一个正弦波形）之间的差异，并通过调整脉冲的宽度来控制开关器件的开关时间，以调节输出电压。
TPWM控制策略则是基于一个三角波形和一个参考信号的比较。
PWM控制器会通过比较三角波形和参考信号的相对位置，来决定开关器件何时进行切换。
通过调整三角波的周期和幅值，可以实现输出电压的调节。
PWM逆变器广泛应用于各种领域，包括交流电机驱动、太阳能发电系统、UPS电源以及电力调制等。
它具有高效率、快速响应、输出电压可调、输出电流可控等优点。
总之，PWM逆变原理通过脉冲宽度的调制来实现电力输出的控制。
它是一种有效的电力电子技术，在现代工业和电子设备中扮演着重要的角色。
第章PWM逆变器控制技术
PWM逆变器控制技术简介PWM逆变器是一种基于现代电力电子技术的调制器，它用直流电源来驱动交流电机等交流负载。
PWM逆变器的基本原理是采用可逆变器将直流电能转换成交流电能，并通过强制控制逆变电压和电流波形实现输出交流电能的调节。
PWM逆变器控制技术是实现PWM逆变器中电压和电流波形控制的关键。
其主要包括基于模拟电路的控制技术和基于数字信号处理器（DSP）的控制技术两种。
基于模拟电路的控制技术基于模拟电路的PWM逆变器控制技术主要是设计PWM逆变器模块的控制电路。
该模块包括直流母线电压检测模块、三相桥式逆变器驱动模块、输出滤波器模块和逆变保护模块等。
其中，直流母线电压检测模块用来检测逆变器所需的直流母线电压；三相桥式逆变器驱动模块负责将直流母线电压转换成交流电压；输出滤波器模块用于对交流电压进行滤波处理，降低输出电压的噪声和杂波；逆变保护模块用于对逆变器进行过流、过温、过压、欠压等的保护。
基于模拟电路的PWM逆变器控制技术具有控制精度高、反应速度快等优点，但是电路复杂度高，稳定性较差。
基于数字信号处理器的控制技术基于数字信号处理器的PWM逆变器控制技术主要是基于现代信息技术和数字信号处理器的技术来实现PWM逆变器的电压和电流波形控制。
它可以通过控制DSP硬件平台或通过软件仿真实现。
该技术的优点是：可通过数字控制实现高度准确的波形控制和滤波功能，提高了逆变器的控制精度；DSP系统具有灵活性，可以实现各种传感器和控制策略的接口控制；DSP系统可通过程序算法进行修正，提高了系统稳定性和抗干扰性。
基于数字信号处理器的PWM逆变器控制技术已经得到广泛应用，尤其是在高档电力电子产品中，如交流电机驱动器、UPS电源、变频空调等。
PWM逆变器控制技术的应用PWM逆变器控制技术已广泛应用于各种电力电子产品中。
以下是其主要应用领域：交流电机驱动器交流电机驱动器是目前应用最广泛的PWM逆变器控制技术之一。
它是通过PWM逆变器实现对电机控制电压、频率等参数的调节，可以实现电机转速的可控，使得电动机具有更好的动态响应和启动能力。
第5章PWM逆变器
目标函数: PWM技术:
电压正弦波 电流正弦波 圆形旋转磁场 消除制定次数谐波
SPWM CHBPWM SVPWM SHEPWM
第1节 PWM逆变器的基本工作原理
一、PWM逆变器与普通型6拍控制逆变器的区别：Biblioteka PWM逆变器主电路及输出波形
VT1/VT4 VT3/VT6 VT5/VT2
Uru
Urv
Urw
UC
归纳
调制信号正极性脉冲为上桥臂导通触发脉冲,负极 性脉冲为下桥臂导通触发脉冲。
逆变器输出的相电压与逆变桥对应相调制脉冲串 一致。
逆变器输出的线电压与逆变桥对应两相调制脉冲 串的逻辑与一致即 U A B K ( v1 g v6 g v3 g v4 ) g 。
形的正、负半波完全对称，只有奇次谐波存在。而且能严 格保证逆变器输出三相波形之间具有120°相位移的对称关 系。
缺点:当逆变器输出频率很低时，每个周期内的PWM脉冲数过 少，低频谐波分量较大，使负载电动机产生转矩脉动和噪 声。
（2）异步调制
在逆变器的整个变频范围内，载波比N 不是一个常 数。一般在改变调制波频率fr 时保持三角波频率fc 不变， 因而提高了低频时的载波比，这样逆变器输出电压每个 周期内PWM脉冲数可随输出频率的降低而增加，相应地 可减少负载电动机的转矩脉动与噪声，改善了调速系统 的低频工作特性。但异步调制方式在改善低频工作性能 的同时，又失去了同步调制的优点。当载波比N 随着输 出频率的降低而连续变化时，它不可能总是3的倍 数．势必使输出电压波形及其相位都发生变化，难以保 持三相输出的对称性，因而引起电动机工作不平稳。
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SPWM单极性和双极性调制
如果在每个焦点ur=ut处同时产生正、负触发脉冲，在一个半周内既有up又有up脉冲序列。这种调制称为双极性SPWM调制模式，如下图所示：
SPWM单极性和双极性调制
在两电平电路中，双极 性控制能够控制同一个 桥臂上的功率器件互补 通断，前提是遵循先断 后通原则。虽然矩形脉 冲组成有正有负，但在 逆变器输出端只能是电 压平均值，显然在正半 周期+Ud/2脉冲合成面积 大于-Ud/2的面积，电压 平均值为正，且电压脉 冲宽度任然符合正弦分 布，因此近似于正弦电 压。同理，负半周期逆 变器输出负值正弦。
基础概念准备
（１）PWM的定义：用直流斩波的方法，将逆变器的输出相电压调制成幅值 相等的若干个矩形电压脉冲，通过调节占空比改变脉冲宽度，即可改变输出 电压的大小，而调节一个周期的循环开断时间可改变输出电压的频率，从而 在逆变器上实现VVVF的综合控制。
（２）核心依据：在具有惯性环节（电容、电感储能元件）的电路中，能用等 面积的等幅不等宽的脉冲序列等效正弦波。
脉宽调制型（PWM）逆变器
Pulse Width Modulation
讲课目录
沈子乂：基础概念准备 曾 快：SPWM单双极性调制 卿 怡：SPWM波的计算法 李 杰：SPWM波的调制条件和同步、异步、分段调制比较 梁 达：三相桥式PWM调制 回 璇：PWM调制在交-直-交系统中的优势 赵晓阳：电压型和电流型PWM调制比较 邱 浩：带电流滞环跟踪的ＰＷＭ逆变器控制
制逼的近基程本度原会理大就大是提按高面。积不相对等称的规原则则采构样成法与生正成弦SP等W效M的的一原系理列图等如幅下不所等示宽。的矩形脉
调制电路内部的 本质是若干比较电路。 将参考信号和载波信 号进行比较来控制 IGBT通断。
现在以A相为例，当 ura>ut时，使VT1导通， VT4关断；当ura<ut时，使 VT1关断，VT4导通。VT1、 VT4的驱动信号始终互补。
三相正弦PWM波形
由图可以看出，任何时刻始终都有两 相调制信号电压大于载波信号电压，即总 有两个IGBT处于导通状态，所以负载上 的电压是连续的正弦波。其余两相的控制 规律与A相相同。
式TT压的与时脉cr——中u时相间宽——r：交间邻间。正三于t的隔e弦角t也E三t22参载点即便角考波，T为为波2波c周该已u交周r期点在知于T2期（参ct。Ae（s考、时从）UUs波B刻交）rt；mm两u的点；sr点i的SnE，P(作相2WπT则平角Mr 对t行所波) 应直对的的线应
Urm——正弦参考波电压幅值（V）； Utm——三角载波电压幅值（V）。
在双极性控制方式中，同一相上下两 桥臂的驱动信号都是互补的。但为了防止 上下两桥臂直通而造成短路，要遵循“先 断后通”的原则，在给一个桥臂加关断信 号后，再延迟一小段时间，才给另一个桥 臂加导通信号。延迟时间主要由功率开关 的关断时间决定。
三相桥式PWM变频器也是靠同时改 变三相参考信号（调制信号）ura、urb、 urc的调制周期来改变输出电压频率的， 靠改变三相参考信号的幅度即可改变输出 电压的大小。PWM变频器用于异步电动 机变频调速时，为了维持电动机气隙磁通 恒定，输出频率和电压大小必须进行协调 控制，即改变三相参考信号调制周期同时 必须相应改变其幅值。
开关脉冲的产生
P值W和M三A频控、相率制B参均规、考相律C信等三相号，相同u相的。ra、位PWu依rMb次、控差u制r1c分共20别用度此开导为一。波关通三个形脉，相三可冲V正角T以 ，弦波4关看正波信断作脉信号；是冲号u负t,时I，其G脉V其B冲TT幅1的 时VT4导通，VT1关断。
参考 信号
载波信号
三相桥式PWM逆变电路
电路组成：不控整流环节，采用6个二极管VD1~VD6整流；逆变环节，6个快 速功率开关器件IGBT和6个快速续流二极管DF1~DF6组成;三相对称负载，大多为 感性；调制电路，用于控制IGBT通断。
电路用途：三相桥式PWM变频电路是PWM变频电路中使用最多的，它被广泛 应用在异步电动机的变频调速中，其控制方式为双极性方式。
（3）ＰＷＭ脉冲序列：用来控制逆变器功率开关元件ＶＴ１～ｖＴ６的 通断，以使逆变器输出ＰＷＭ电压波。（通过载波、调制波、比较器获得）
基础概念准备
（4）ＩＧＢＴ全控器件的等效电路与开关特性
IGBT的等效电路如左图所示。由图 可知,若在IGBT的栅极（G）和发射极(E) 之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这 样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻 状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和 发射极之间电压为0V或负电压,则 MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流 的供给,使得晶体管截止。
从逻辑的角度讲解其原理：
开关脉 冲电路
仿真
逆变电路
负 载
仿真—脉冲开关电路
仿真—逆变电路
相当 于两 个电 容串 联支 路。
仿真
ＳＰＷＭ波的计算法
由模拟电路过度道微机数字计算
为简化算法难度，常采用对称规则采样法，原理图如下： 由图在解相法邻可的推两导个出三：角波的中点（也即是 相反三角波的顶点）引一垂线，与参考电
SPWM单极性和双极性调制
以等当腰u三r在角负形半载周波期u时t和，参需考要正把弦u波r正ur半的波相的交S关P系W，M序可列以反产响生，SP得W到M一调个制周波期。的、幅值
u u u u 在当0~参up考变电化压的u脉r在冲正序半列波，时称，为若单极r性SPtW，M则调调制制模波式u，p=如0;若下图所r 示：t ，则up为宽度
使用规则采样法计算得到的脉宽t2和准 确值在起始点和终了时间点上有很小的误差， 一般对控制不会产生影响。
ＳＰＷＭ波的计算法
等不效对面称积规法则:采在样采法样：控采制用理在论每有个中载一波个周重期要采的样结两论次：，冲即量在相三等角而波形的状顶不点同的窄脉冲
加位在置具采有样惯，性又的在环三节角上波时的，底其点效位果置基采本样相，同这。样冲形量成即的指阶窄梯脉波冲与的正面弦积波。的正弦脉宽调