逆变器的调制

2
1.3变换器的类型
由于存在直流和交流两种不兼容的电源和负载，所有在某些领域必须 对电源进行ACDC或者DCAC的变换；更多的时候，即使电源和负载 类型匹配，但其电压幅值V和频率f不一定能满足负载要求，此时就须进行 DCDC(调节幅值)或ACAC(调节幅值和频率)的变换。
3
1.4 在线式UPS的结构
21
UO
- VBUS
三、正弦波输出电压实现
3.1 PWM基础
a. PWM是Pulse Width Modulation的缩写，即脉冲宽度调制； b. PWM调制是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需 要的波形（含形状和幅值)。 c. PWM的载波一般是高频三角波；调制波可以是任意所需的波形，如 正弦波等。 d. PWM调制波的频率要远小于载波的频率，载波频率与调制波的频率 之比称为载波比，与通信领域的调制相类似。 e. 如果PWM的调制波为正弦波的话，那么这种类型PWM就称为SPWM （Sine Pulse Width Modulation ）。
a. 先假定Ⅰ状态不出现，且Ⅳ 状 态也不发生，则Ⅱ/Ⅲ状态交替出 现，Q1和Q2轮流互补导通 ； b. 假设Q1的驱动VG为1时，Q1导 通，状态为1；VG 为－1时，Q1截 止，状态为0； c.桥臂中点电压(输出电压)与Q1 的驱动VG成正比，且： UO=VBUS×VG
9
Q2 + VBUS
UO
- VBUS
Load
IL>0
IL<0
2.2.5. Q1导通，Q2导通 (Ⅳ)
＋BUS C Q1 D1
Load C －BUS Q2 D2
8
2.3 输出电压与开关状态对应
Q1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 0 1 0 1 Q2 0 0 1 1 桥臂中点电压 ×，由IL方向决定 ＋BUS －BUS 开关损坏
+ 1 VG - 1 Q1 0 1 0 1 0 1 0
Load
IL>0
IL<0
2.2.3. Q1导通，Q2截止(Ⅱ)
＋BUS C Q1 D1 ＋BUS C Q1 D1
Load C －BUS Q2 D2 －BUS
IL<0
7
2.2.4. Q1截止，Q2导通(Ⅲ)
＋BUS C Q1 D1 ＋BUS C Q1 D1
Load C －BUS Q2 D2 －BUS C Q2 D2
即蓝色矩形部分的面积与阴 影矩形面积相等。
提问：SSPWM如何证明？
19
四、内容回顾
4.1 四种变换器
a. ACDC的整流器； b. DCAC的逆变器； c. DCDC的斩波器； d. ACAC的交流变换器。
4.2 单相半桥逆变器的四种开关状态 4.3 两种SPWM形式及其实现
20
谢谢！
u
u
Sine
SPWM
O
ωt
>
O
>t ω
冲量等效
u
u
O
ωt
>
O
ωt
>
15
3.5 SPWM的形式
Ud O -U d 上图所示的SPWM一般被称为单极性SPWM，简称SSPWM。 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波。这种 类型的SPWM被称为双极性SPWM，简称BSPWM。BPWM在实 际应用中更为广泛。
在线式UPS一般采用双变换器结构：
AC / DC
Line
DC / AC DC / DC
AC Load
Battery
可以看出，在线式UPS包含了4种变换结构的3种：ACDC，DCDC， DCAC。而且，由ACDC和DCAC组合也实现了ACAC的变换。
4
1.5 逆变器类型
1. 一种应用于UPS的逆变器结构（公司和业内大量使用）：
C
Load C
2. 逆变器的类型：
a. 按交流侧类型分类，可以分为有源逆变器和无源逆变器。
b. 按直流侧类型分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。
c. 按输出相数分类，可以分为单相逆变器，三相逆变器。 d. 按输出性质分类，可以分为方波逆变器，正弦波逆变器和高频脉冲逆变器。 e. 按输出电平数量分类，可以分为两电平逆变器和多电平逆变器。 f. 按桥臂数量分类，可以分为半桥逆变器和全桥逆变器。
5
二、单相半桥逆变器
2.1 拓扑结构
+ BUS C
Load C - BUS
2.2 工作原理
2.2.1. 开关的4种状态
Q1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 0 1 0 1 Q2 0 0 1 1
6
2.2.2. Q1截止，Q2截止(Ⅰ)
＋BUS C Q1 D1
IL>0
IL<0
＋BUS C Q1 D1
Load C －BUS Q2 D2 －BUS C Q2 D2
12
3.3 面积等效原理实例
窄脉冲对惯性环节的响应
a）
i (t )
e(t ) R Ls
b) 冲量相等的窄脉冲的响应波形
e (t)－电压窄脉冲，是电 路的输入 。 i (t)－输出电流，是电路 的响应。
13
3.4应用面积等效原理得到正弦波半波
u
Sine
O
ωt
>
u
O
ωt
>
14
3.4应用面积等效原理得到正弦波半波 等效
11
3.2重要理论基础——面积等效原理
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
窄脉冲的面积
f (t)
f (t)
f (t)
f (t) d (t)
O
t t O t O c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数 a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 t O
2.4 死区
之前假定Ⅳ 状态不发生。在实际中怎么实现？ 由于我们使用的开关管都不是理想器件，开通和关断需要时间，所以，如 果Q1和Q2的驱动严格互补的话，就会造成一个开关管还未彻底关断，另一 个开关管就开始导通的情况，于是Ⅳ 状态出现，造成开关管的损坏。
+ 1 VG - 1 Q1 0 1 0 1 0 1 0
以BSPWM为例说明（单相半桥逆变器为BSPWM）
B
C
D
A B
A
A C AD BC B D
S Blue 4 BC
S Re d 2 AD 2BD
S Black 2( B A) D
S S Re d S Black 2 AD 2 BD 2( B A) D 4 AD 4 BC
在Ⅱ/Ⅲ状态切换的过程中，导入 Δ t时间间隔的Ⅰ状态， 即可有效避 免Ⅳ 状态出现。此Δ t时间间隔称为 逆变器的死区。 死区的引入主要是防止Ⅳ 状态出现， 也即防止开关管直通。 死区过程中，桥臂中点电压有可能是 ＋BUS，还有可能是－BUS，由电感电 流的方向决定。
IL>0 IL<0
10
Q2 + VBUS
wt
U
d
O
-
wt
U
d
提问：单相半桥逆变器属于何种SPWM？
16
3.6 SPWM实现
3.6.1 SSPWM实现
u uc ur
O uo uof
wt
uo Ud O -Ud
wt
17
3.6 SPWM实现
3.6.2 BSPWM实现
u ur uc
O
wt
uo Ud
u of
uo
O
wt
-Ud
18
3.7 SPWM实现方法的理论依据
DC AC变换器
一、基础知识
1.1 电源的种类
直流电：电压方向不变化的电源 ，以符号DC表示，如蓄电池。 交流电：电压方向发生变化的电源 ，以符号AC表示，如公用电网。
1.2 负载的种类
直流负载：负载的电源只能是直流电，如直流电动机。
交流负载：负载的电源只能是交流电，如空调。
交直两用负载：对电源类型没有特殊要求的负载，如电炉。