電力電子學(xué)(陳堅(jiān))第四章課件

1、第4章 直流/交流變換器（逆變器） 1電力電子學(xué)電力電子學(xué)電力電子變換和控制技術(shù)（第三版）陳陳 堅(jiān)堅(jiān) 編著編著華中科技大學(xué)華中科技大學(xué)第4章 直流/交流變換器（逆變器） 2第四章第四章 直流直流/ /交流變換器（逆變器）交流變換器（逆變器）4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)4.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3 單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5 三相逆變電路工作原理4.6 大功率逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 3第四章第四章 直流直流/ /交流變換器交流變換器4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)4.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3 單相逆變器單脈波

2、脈沖寬度控制4.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5 三相逆變電路工作原理4.6 大功率逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 4n逆變器的類型n逆變器輸出波形性能指標(biāo)4.1 4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)逆變器的類型和性能指標(biāo)第4章 直流/交流變換器（逆變器） 5n逆變器的類型n逆變器輸出波形性能指標(biāo)4.1 4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)逆變器的類型和性能指標(biāo)第4章 直流/交流變換器（逆變器） 6依據(jù)直流電源的特性不同可分為：依據(jù)直流電源的特性不同可分為： 電壓型逆變器電壓型逆變器VSIVSI 電流型逆變器電流型逆變器CSI CSI CdLdVSI VSI 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 1.直流輸入具有電

3、壓源特性，故逆直流輸入具有電壓源特性，故逆變輸出也呈現(xiàn)電壓源特性。變輸出也呈現(xiàn)電壓源特性。2.2.橋臂不可直通，輸出不可短路。橋臂不可直通，輸出不可短路。CSI CSI 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 1.直流輸入具有電流源特性，故逆直流輸入具有電流源特性，故逆變輸出也呈現(xiàn)電流源特性。變輸出也呈現(xiàn)電流源特性。2.2.橋臂可直通，輸出可短路。橋臂可直通，輸出可短路。CSICSI應(yīng)用不廣泛的原因：應(yīng)用不廣泛的原因：1. 1.電感儲(chǔ)能密度小，導(dǎo)致裝置的體積大，笨重。電感儲(chǔ)能密度小，導(dǎo)致裝置的體積大，笨重。2.2.多數(shù)全控器件不具備逆阻特性。多數(shù)全控器件不具備逆阻特性。第4章 直流/交流變換器（逆變器） 7按逆變器

4、電路結(jié)構(gòu)不同分為：按逆變器電路結(jié)構(gòu)不同分為： 單相半橋單相半橋 單相全橋單相全橋 推挽逆變推挽逆變 三相橋式三相橋式 * * *a ab bA AB BO ODV1T2T1D2D負(fù)負(fù)載載* *推推挽挽式式單單相相逆逆變變電電路路2dV2dV1T1D3D3T5T5D4D4T6T6D2D2TaibiciabcPQ0Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVDT3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4b也稱H橋第4章 直流/交流變換器（逆變器） 8其它分類方式其它分類方式按輸出電壓不同分為：按輸出電壓不同分為：1.1. 恒壓恒頻型（恒壓恒頻型（CVCF：Constant Voltage Consta

5、nt Frequency ）2.2. 變壓變頻型（變壓變頻型（VVVF：Variable Voltage Variable Frequency ）3. 3. 脈沖電壓（電流）型脈沖電壓（電流）型按開關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式不同分類：按開關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式不同分類：1.1.自關(guān)斷型自關(guān)斷型2.2.強(qiáng)迫關(guān)斷型強(qiáng)迫關(guān)斷型3.3.電網(wǎng)換流型（有源逆變或負(fù)載反電動(dòng)勢換流）電網(wǎng)換流型（有源逆變或負(fù)載反電動(dòng)勢換流）4.4.負(fù)載諧振換流型負(fù)載諧振換流型第4章 直流/交流變換器（逆變器） 9n逆變器的類型n逆變器輸出波形性能指標(biāo)4.1 4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)逆變器的類型和性能指標(biāo)第4章 直流/交流

6、變換器（逆變器） 10n 諧波系數(shù) HF（Harmonic Factor）n 總諧波系數(shù) THD （Total Harmonic Distortion）n 畸變系數(shù) DF （Distortion Factor）n 最低次諧波 LOH （Lowest-Order Harmonic）逆變器輸出波形性能指標(biāo)逆變器輸出波形性能指標(biāo)第4章 直流/交流變換器（逆變器） 11n 諧波系數(shù) HF（Harmonic Factor）n 總諧波系數(shù) THD （Total Harmonic Distortion）n 畸變系數(shù) DF （Distortion Factor）n 最低次諧波 LOH （Lowest-Orde

7、r Harmonic）逆變器輸出波形性能指標(biāo)逆變器輸出波形性能指標(biāo)第4章 直流/交流變換器（逆變器） 12諧波系數(shù) HF諧波系數(shù)定義： 第n次諧波分量的有效值和基波分量的有效值之比。 定義公式： HFn = Vn / V1無效成份有效成份越小越好意義： HF表征了某一次諧波含量相對大小。 第4章 直流/交流變換器（逆變器） 13n 諧波系數(shù) HF（Harmonic Factor）n 總諧波系數(shù) THD （Total Harmonic Distortion）n 畸變系數(shù) DF （Distortion Factor）n 最低次諧波 LOH （Lowest-Order Harmonic）逆變器輸出波

8、形性能指標(biāo)逆變器輸出波形性能指標(biāo)第4章 直流/交流變換器（逆變器） 142211nnVVTHD總諧波系數(shù) THDTHD定義： 所有非非基波分量的有效值與基波分量有效值之比。 定義公式： 總無效成份有效成份越小越好理想正弦為零意義： THD表征了實(shí)際波形與理想基波正弦分量的差異程度。 公式變形： 111111212VVVVVVVVTHDnn第4章 直流/交流變換器（逆變器） 15n 諧波系數(shù) HF（Harmonic Factor）n 總諧波系數(shù) THD （Total Harmonic Distortion）n 畸變系數(shù) DF （Distortion Factor）n 最低次諧波 LOH （Low

9、est-Order Harmonic）逆變器輸出波形性能指標(biāo)逆變器輸出波形性能指標(biāo)第4章 直流/交流變換器（逆變器） 16畸變系數(shù) DF畸變系數(shù)：各次諧波分量經(jīng)過加權(quán)加權(quán)以后的總有效值與基波有效值之比。加權(quán)的含義：1. 濾波器對不同的頻率分量衰減不同，故濾波后的各諧波分量不再是濾波前的值。應(yīng)該將濾波器對諧波的衰減效應(yīng)體現(xiàn)出來。2. 不同類型的濾波器對相同頻率的諧波衰減也不同。DF的意義：評估非正弦周期波形經(jīng)過濾波以后的畸變 程度。第4章 直流/交流變換器（逆變器） 17DFI：對應(yīng)一階濾波器2211nnInVVDFDF 的定義式DFII：對應(yīng)一階濾波器22211nnIInVVDF第n次諧波經(jīng)過

10、濾波器后，衰減為原來的1/n2第n次諧波經(jīng)過濾波器后，衰減為原來的1/n第4章 直流/交流變換器（逆變器） 18n 諧波系數(shù) HF（Harmonic Factor）n 總諧波系數(shù) THD （Total Harmonic Distortion）n 畸變系數(shù) DF （Distortion Factor）n 最低次諧波 LOH （Lowest-Order Harmonic）逆變器輸出波形性能指標(biāo)逆變器輸出波形性能指標(biāo)第4章 直流/交流變換器（逆變器） 19最低次諧波 LOH最低次諧波：距離基波頻率最近的諧波 關(guān)注LOH的原因： 逆變器的濾波器一般具有低通特性，對高次諧波衰減強(qiáng)烈。因此濾波器設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)

11、考慮濾波器對最低次諧波的衰減效果。 LOH的決定因素： 1. 調(diào)制方式 2. 開關(guān)頻率第4章 直流/交流變換器（逆變器） 20第四章第四章 直流直流/ /交流變換器交流變換器4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)4.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3 單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5 三相逆變電路工作原理4.6 大功率逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 214.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理n 單相半橋逆變電路n 單相全橋逆變電路n 變壓器中心抽頭推挽逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 224.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理n 單相半橋逆變電

12、路n 單相全橋逆變電路n 變壓器中心抽頭推挽逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 23單相半橋逆變原理（電阻負(fù)載） 電容很大，近似認(rèn)為電容電壓不變。 電容相等，電壓均分。 T1、T2周期性交替通、斷，產(chǎn)生交變的Van圖圖4 4. .2 2 單單相相半半橋橋逆逆變變電電路路及及電電壓壓電電流流波波形形t0ai1D2D1T2TR-L( (e e) )R R- -L L負(fù)負(fù)載載電電流流波波形形t0ai1D2D1T2TamiLfVidam081( (d d) )電電感感負(fù)負(fù)載載電電流流波波形形t0aiO ON N1T2TO ON N0T043T041T( (c c) )電電阻阻負(fù)負(fù)載載電電流流波

13、波形形t0DV21anv( (b b) )電電壓壓波波形形1T2T驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)20T0T230T1. T1驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通時(shí)，T2關(guān)斷。2. T2驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通時(shí)，T1關(guān)斷tnnVvDnan sin2,5,3,1 DDVVV45.021Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD第4章 直流/交流變換器（逆變器） 24單相半橋逆變原理（純電感負(fù)載）圖圖4 4. .2 2 單單相相半半橋橋逆逆變變電電路路及及電電壓壓電電流流波波形形t0ai1D2D1T2TR-L( (e e) )R R- -L L負(fù)負(fù)載載電電流流波波形形t0ai1D2D1T2TamiLfVidam081( (d d) )電電感感負(fù)負(fù)載載電電流流波波

14、形形t0aiO ON N1T2TO ON N0T043T041T( (c c) )電電阻阻負(fù)負(fù)載載電電流流波波形形t0DV21anv( (b b) )電電壓壓波波形形1T2T驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)20T0T230T1. T1驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通時(shí)，T2關(guān)斷。2. T2驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通時(shí)，T1關(guān)斷電流為什么沒有直流分量？電流為什么沒有直流分量？tiLdtdiLVaaD2amamamDfLiTLiTiLV882/4Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD第4章 直流/交流變換器（逆變器） 25圖圖4 4. .2 2 單單相相半半橋橋逆逆變變電電路路及及電電壓壓電電流流波波形形t0ai1D2D1T2TR-L( (e e) )R R

15、- -L L負(fù)負(fù)載載電電流流波波形形t0ai1D2D1T2TamiLfVidam081( (d d) )電電感感負(fù)負(fù)載載電電流流波波形形t0aiO ON N1T2TO ON N0T043T041T( (c c) )電電阻阻負(fù)負(fù)載載電電流流波波形形t0DV21anv( (b b) )電電壓壓波波形形1T2T驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)20T0T230T單相半橋逆變原理（阻感負(fù)載） 5 , 3 , 11)(sinnnnmatnnZVi22)(LnRZnCo2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD第4章 直流/交流變換器（逆變器） 264.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理n 單相半橋逆變電路n 單相全橋逆變電路n 變壓

16、器中心抽頭推挽逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 27單相全橋逆變原理（電阻負(fù)載）ttt(b)負(fù)載電壓(c)電阻負(fù)載電流波形(d)電感負(fù)載電流波形t(e)R-L負(fù)載電流波形(f)輸入電流波形1T驅(qū)動(dòng)4T1T驅(qū)動(dòng)4T2T驅(qū)動(dòng)3TabVaiai000000T40T430T20T1T4T2T3T2D3D4D1D1T4T2T3T2T3T1T4TR負(fù)載L負(fù)載aiRL負(fù)載2tDi2D3D1D4DT1、T4一組，T2、T3一組兩組器件周期性交替通、斷產(chǎn)生交變的VabT1、T4驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，T2、T3關(guān)斷T2、T3驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，T1、T4關(guān)斷ttttVvDab7sin715sin513sin31sin4DDm

17、VVV27. 141DDVVV9 . 0221mDnmVnVnV114T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid第4章 直流/交流變換器（逆變器） 28ttt(b)負(fù)載電壓(c)電阻負(fù)載電流波形(d)電感負(fù)載電流波形t(e)R-L負(fù)載電流波形(f)輸入電流波形1T驅(qū)動(dòng)4T1T驅(qū)動(dòng)4T2T驅(qū)動(dòng)3TabVaiai000000T40T430T20T1T4T2T3T2D3D4D1D1T4T2T3T2T3T1T4TR負(fù)載L負(fù)載ai單相全橋逆變原理（電感負(fù)載）T1、T4通，T2、T3斷時(shí)。T2、T3通，T1、T4斷時(shí)。amamamaaDfLiTLiTiLtiLdtdiLV442/2iam=VD/4

18、fL T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid第4章 直流/交流變換器（逆變器） 29單相全橋逆變原理（阻感負(fù)載）ttt(b)負(fù)載電壓(c)電阻負(fù)載電流波形(d)電感負(fù)載電流波形t(e)R-L負(fù)載電流波形(f)輸入電流波形1T驅(qū)動(dòng)4T1T驅(qū)動(dòng)4T2T驅(qū)動(dòng)3TabVai000000T40T430T20T1T4T2T3T2D3D4D1D1T4T2T3T2T3T1T4TR負(fù)載L負(fù)載aiRL負(fù)載2tDi2D3D1D4Dttt(b)負(fù)載電壓(c)電阻負(fù)載電流波形(d)電感負(fù)載電流波形t(e)R-L負(fù)載電流波形(f)輸入電流波形1T驅(qū)動(dòng)4T1T驅(qū)動(dòng)4T2T驅(qū)動(dòng)3TabVaiai000000T40

19、T430T20T1T4T2T3T2D3D4D1D1T4T2T3T2T3T1T4TaiRL負(fù)載2tDi2D3D1D4D5 , 3 , 11)(sinnnnmatnnZVi)sin(141221tLRViDaT3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid第4章 直流/交流變換器（逆變器） 304.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理n 單相半橋逆變電路n 單相全橋逆變電路n 變壓器中心抽頭推挽逆變電路單相全橋逆變原理（阻感負(fù)載）第4章 直流/交流變換器（逆變器） 31* * *a ab bA AB BO ODV1T2T1D2D負(fù)載負(fù)載* *推挽式單相逆變電路推挽式單相逆變電路推挽逆變電路1. 僅

20、二個(gè)開關(guān)T1、T2輪流導(dǎo)電180度2. 開關(guān)管斷態(tài)電壓高一倍 2VD3. 要輸出變壓器4. 適用于低壓小功率、須隔離的應(yīng)用第4章 直流/交流變換器（逆變器） 32第四章第四章 直流直流/ /交流變換器交流變換器4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)4.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3 單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5 三相逆變電路工作原理4.6 大功率逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 33通過輸入直流調(diào)壓：可可控控整整流流方方案案 可可控控直直流流電電源源逆逆變變器器負(fù)負(fù)載載+-交交流流電電源源直直流流環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)濾濾波波器器斬?cái)夭úㄕ{(diào)調(diào)壓壓方方案案DC/D

21、C斬?cái)夭úㄆ髌髂婺孀冏兤髌髫?fù)負(fù)載載二二極極管管整整流流器器濾濾波波器器以上兩種調(diào)壓方式均需要可控的直流輸入以上兩種調(diào)壓方式均需要可控的直流輸入第4章 直流/交流變換器（逆變器） 34逆變器本身調(diào)壓：ABCDRLS1S2S3S4C基基本本逆逆變變電電路路0v1vDVX-Axis1vDovE0 t tX-Axis1vov0 t CTonTonT (b) 方方波波(c) 寬寬度度 方方波波t T/2TPWM輸輸出出電電壓壓波波形形0ov2Ttov2T 2tovo180o180 DVDV180不可調(diào)壓單脈沖調(diào)制調(diào)壓多脈沖調(diào)制調(diào)壓第4章 直流/交流變換器（逆變器） 35單脈沖調(diào)壓方式Nt0.5VD-0.

22、5VDVan T T1 1、T T2 2橋臂輸出電壓波形橋臂輸出電壓波形T3、T4橋臂輸出電壓波形橋臂輸出電壓波形tVbn0.5VD-0.5VDT1、T2橋臂按180方式開關(guān)T3、T4橋臂按180方式開關(guān)兩橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)錯(cuò)開角Vab=Van-Vbn 全橋電路輸出電壓全橋電路輸出電壓Vab的波形的波形tVabVD-VD輸出電壓大?。?ttttVtvDab7sin27sin715sin25sin513sin23sin31sin2sin4改變移相角改變移相角，也就調(diào)節(jié)了輸出電壓電壓。故也稱移相調(diào)壓，也就調(diào)節(jié)了輸出電壓電壓。故也稱移相調(diào)壓nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bidVD/2第

23、4章 直流/交流變換器（逆變器） 36單脈沖調(diào)壓的電壓調(diào)節(jié)特性2sin41DmVV基波幅值：基波幅值：諧波幅值：諧波幅值：nVnnVVmDnm12sin41.輸出電壓大小平滑可調(diào)2.輸出基波頻率可調(diào)3.低次諧波幅值大，濾除困難。第4章 直流/交流變換器（逆變器） 37第四章第四章 直流直流/ /交流變換器交流變換器4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)4.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3 單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5 三相逆變電路工作原理4.6 大功率逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 384.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)n SPWM基本原理n 雙極性SP

24、WM調(diào)制n 單極性SPWM調(diào)制n 規(guī)則采樣SPWMn SPWM的諧波特性第4章 直流/交流變換器（逆變器） 394.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)n SPWM基本原理n 雙極性SPWM調(diào)制n 單極性SPWM調(diào)制n 規(guī)則采樣SPWMn SPWM的諧波特性n 指定諧波消除調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 40沖量等效原理iitVm sin1t期期間間tdV 大小、波形不相同的大小、波形不相同的窄窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要它們的沖量（面脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要它們的沖量（面積），即變量對時(shí)間的積分相等，其作用效果相同。換而言之，無論沖量積），即變量對時(shí)間的積分相等，其作用效果相同。換而言

25、之，無論沖量的表現(xiàn)形式如何，只要是沖量等效的脈沖作用在慣性系統(tǒng)上，慣性系統(tǒng)的的表現(xiàn)形式如何，只要是沖量等效的脈沖作用在慣性系統(tǒng)上，慣性系統(tǒng)的輸出或響應(yīng)是基本相同的。輸出或響應(yīng)是基本相同的。 正弦形 電壓iitVm sin1 t期期 間間 tdV 正弦電流正弦等效窄窄脈沖 序列正弦電流第4章 直流/交流變換器（逆變器） 41基于沖量等效原理的直接SPWMtVtvm sin)(1 0t2123789210)(tvab)(tv1031245109876105107109120(a)(b)SPWM等等效效電電壓壓(a)正正弦弦電電壓壓312345tVtvm sin)(1 0t45123789210td

26、VdV)(tvab(b)(tv1031245109876105107109120(a)(b)SPWM等等效效電電壓壓(a)正正弦弦電電壓壓312345 SSSmSSmKTTKmKTTKabKDTKTTVKTTKVdttVdttvTVSSSS21sin21sin2cos1cos)sin()(11)1(1)1(KsSDmSKSKKTTVVTTDsin)21sin(21KDK 按正弦規(guī)律變化，故脈沖面積按正弦規(guī)律變化M：調(diào)制比DSsmVTTMV)21sin(21輸出電壓基波與M成正比：第4章 直流/交流變換器（逆變器） 424.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)n SPWM基本原理n 雙極性SPWM調(diào)制n 單

27、極性SPWM調(diào)制n 規(guī)則采樣SPWMn SPWM的諧波特性n 指定諧波消除調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 43雙極性SPWM脈沖生成T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid第4章 直流/交流變換器（逆變器） 44雙極性SPWM的脈沖面積T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bidcmrcmrcmCKVvVvVEHBFAEABTTD1212DDCKCDKCDKabVDVTTTVTTVTV121/2/rcmDabvVVVtVVVVVtVVVtvtvrDcmrmDcmrrmDcmrabsinsin)()(1第4章 直流/交流變換器（逆變器） 45雙極性SPWM的特性tVtVM

28、tVVVtvrmrDrDcmrmabsinsinsin)(11基波特性：基波特性：基波大小與調(diào)制比M成正比諧波波特性：諧波波特性：1. 消除了低次諧波，3,5,7.等次諧波沒有了。2. LOH在開關(guān)頻率附近，載波比N越大，LOH越高，有利于濾波。3. 諧波幅值可以與基波相比較甚至更大。（THD會(huì)如何？會(huì)如何？）如果如果M大于大于1會(huì)怎樣？會(huì)怎樣？第4章 直流/交流變換器（逆變器） 46SPWM的優(yōu)點(diǎn)00.5-1011.520.4THD=65.5%V1m=0.748VD單脈沖寬度調(diào)制濾波前波形10-100.51.52THD=160%V1m=0.748VDN = 50雙極性SPWM濾波前波形32m

29、H50f由于由于SPWM的諧波頻率高，濾波器對其有強(qiáng)烈的衰減作用的諧波頻率高，濾波器對其有強(qiáng)烈的衰減作用 單脈沖寬度調(diào)制濾波后波形0.520-101THD=52.4%V1m=0.74VD1.5THD =4.83%V1m=0.74VD0.8-0.8000.52雙極性SPWM濾波后波形1.5第4章 直流/交流變換器（逆變器） 474.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)n SPWM基本原理n 雙極性SPWM調(diào)制n 單極性SPWM調(diào)制n 規(guī)則采樣SPWMn SPWM的諧波特性n 指定諧波消除調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 48單極性SPWM脈沖生成nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bid

30、VD/2第4章 直流/交流變換器（逆變器） 49單極性SPWM脈沖面積nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bidVD/2cmkrmcmrckckkVVVvEAFBECFCTTTTDsin4/2/2/kcmrmDckDabVVVTTVVsin2/tVMVrDabsin1第4章 直流/交流變換器（逆變器） 50單極性SPWM特點(diǎn) dnnVVV22 M2132)( nV1V1513VV 1711VV 3125VV 2927VV cmrmVVM 時(shí)時(shí)基基波波和和諧諧波波值值6,14 PN0 00 0. .2 20 0. .4 40 0. .6 60 0. .8 81 1. .0 00 0

31、. .2 20 0. .4 40 0. .6 60 0. .8 8N=7時(shí)，基波與諧波相對值基波特性：基波特性：基波大小與調(diào)制比M成正比諧波波特性：諧波波特性：1. 消除了低次諧波，3,5,7.等次諧波沒有了。2. 諧波幅值仍然可以與基波相比較甚至更大。3. LOH在兩倍兩倍開關(guān)頻率附近，比雙極性SPWM優(yōu)越。tVMVrDabsin1 最低次諧波頻率提高一倍，相當(dāng)于單極性調(diào)制兩倍開關(guān)頻率的效最低次諧波頻率提高一倍，相當(dāng)于單極性調(diào)制兩倍開關(guān)頻率的效果，所以也稱單極倍頻果，所以也稱單極倍頻SPWM。第4章 直流/交流變換器（逆變器） 514.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)n SPWM基本原理n 雙極性S

32、PWM調(diào)制n 單極性SPWM調(diào)制n 規(guī)則采樣SPWMn SPWM的諧波特性n 指定諧波消除調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 52規(guī)則采樣SPWMcmrsbcmrsavtvTTvtvTT)(14)(1421 ， ， 不對稱規(guī)則采樣：對稱規(guī)則采樣：cmorrsbavtvTTT)(142 1差異：差異：1.不對稱規(guī)則采樣的脈寬計(jì)算量、不對稱規(guī)則采樣的脈寬計(jì)算量、采樣頻率是對稱規(guī)則采樣的采樣頻率是對稱規(guī)則采樣的2倍倍2.不對稱調(diào)制的采樣頻率是開關(guān)頻不對稱調(diào)制的采樣頻率是開關(guān)頻率的率的2倍。倍。3.不對稱規(guī)則采樣的諧波比對稱規(guī)不對稱規(guī)則采樣的諧波比對稱規(guī)則采樣則采樣小小。第4章 直流/交流變換器（

33、逆變器） 534.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)n SPWM基本原理n 雙極性SPWM調(diào)制n 單極性SPWM調(diào)制n 規(guī)則采樣SPWMn SPWM的諧波特性n 指定諧波消除調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 54雙極性SPWM諧波特性邊帶諧波載波倍頻諧波基波分量 )()(cos2)(sin)2(14 )(cos2sin)2(14 )cos()(1)0(01rrccmnnnDccmDrrDabtntmnmMmJmVtmmMmJmVtMVtvn 基波的頻率頻率、相位相位均與調(diào)制波或參考波相同，基波幅值為MVD。n 輸出波形不含載波偶次倍頻諧波。n 諧波間隔為兩倍基波頻率，奇次載頻兩側(cè)為偶此邊帶諧波，偶

34、次載頻兩側(cè)為奇次邊帶諧波。0250.50.751.0雙極性SPWM頻譜圖M=0.75N=15第4章 直流/交流變換器（逆變器） 55單極性SPWM諧波特性tntmnmMmJmVtMVtvrcmnnDrDab) 12(2cos) 1(cos)(214 cos)(112 n 基波的頻率、相位均與調(diào)制波或參考波相同，基波幅值為MVD。n輸出電壓中不含載波頻率偶次倍頻及其邊帶諧波。n載波偶次倍頻兩側(cè)也僅含奇次邊帶諧波簇。10203040506070051.0M=0.75N=15第4章 直流/交流變換器（逆變器） 56規(guī)則采樣SPWM諧波特性：n 會(huì)產(chǎn)生基波

35、邊帶諧波，但很小，可忽略。n 不對稱規(guī)則采樣載波頻率兩側(cè)既有奇次邊帶諧波也有偶次邊帶諧波。n 對稱規(guī)則采樣單極倍頻SPWM不能完全消除奇次倍頻的邊帶諧波。異步調(diào)制：n 同步調(diào)制：載波比是整數(shù)。n 異步調(diào)制：載波比不是整數(shù)n 次諧波：異步調(diào)制時(shí)諧波頻率不再是基波的整數(shù)倍，稱為次諧波。n 低載波比時(shí)，對次諧波的考慮。第4章 直流/交流變換器（逆變器） 574.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)n SPWM基本原理n 雙極性SPWM調(diào)制n 單極性SPWM調(diào)制n 規(guī)則采樣SPWMn SPWM的諧波特性n 指定諧波消除調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 58SHE（Selected Harmonic Elim

36、ination）脈寬調(diào)制 017cos7cos7cos24015cos5cos5cos241coscoscos24321732153211DmDmDDmVVVVVMVV采用SHE的原因：載波比小，諧波頻率太低 求各次傅里葉級數(shù)： 第4章 直流/交流變換器（逆變器） 59第四章第四章 直流直流/ /交流變換器交流變換器4.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)4.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3 單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5 三相逆變電路工作原理4.6 大功率逆變電路第4章 直流/交流變換器（逆變器） 604.5 三相逆變電路工作原理n 電壓型三相逆變工作原理n 電

37、流型三相逆變工作原理n 三相逆變器SPWM調(diào)制n 諧波注入SPWMn 空間矢量調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 614.5 三相逆變電路工作原理n 電壓型三相逆變工作原理n 電流型三相逆變工作原理n 三相逆變器SPWM調(diào)制n 諧波注入SPWMn 空間矢量調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 62三相逆變器構(gòu)成2dV2dVABCFED1T1D3D3T5T5D2D2T6T6D4D4T5D5T 3T 3D1D1T 4T 4D6T 6D2D2T （b）電路圖單相逆變器合成三相單相逆變器合成三相電路實(shí)現(xiàn)電路實(shí)現(xiàn)1.三個(gè)單相逆變器組合；三個(gè)單相逆變器組合；2.每個(gè)逆變器基波互差每個(gè)逆變器基波互差1

38、20；3.輸出用三相變壓器耦合輸出用三相變壓器耦合形成三相電壓。形成三相電壓。A相相：T1、T4、T1、T4B相相：T3、T6、T3、T6 C相相：T5、T2、T5、T2每相一個(gè)每相一個(gè)H橋，適合大功率應(yīng)用橋，適合大功率應(yīng)用第4章 直流/交流變換器（逆變器） 63三相橋式逆變器2dV2dV1T1D3D3T5T5D4D4T6T6D2D2TaibiciabcPQ0（a）電路三個(gè)單相半橋逆變器構(gòu)成：三個(gè)單相半橋逆變器構(gòu)成：1.每個(gè)半橋均每個(gè)半橋均180導(dǎo)電方式，導(dǎo)電方式，所以所以Vao、Vbo、Vco是是180方波方波2.半橋基波之間互差半橋基波之間互差120導(dǎo)電順序：導(dǎo)電順序：123234 345

39、 456 561 612 123Vab、Vbc、Vca：120方波方波第4章 直流/交流變換器（逆變器） 64負(fù)載電壓分析2dV2dV1T1D3D3T5T5D4D4T6T6D2D2TaibiciabcPQ0aibiciabibcicaia ab bc cca aaibiciabibcicai三角形負(fù)載三角形負(fù)載abcaVaincibiccaV.abV.bcV.anV.abbnV.cnV.n1.51.531caV. 星形負(fù)載星形負(fù)載)(31)(31.bccacnabbcbnVVVVVVcaabcnbnanancaancnabbnanVVVVVVVVVVVV.)(300cnbnancnbnanVV

40、VZVZVZV)(31.caabanVVV第4章 直流/交流變換器（逆變器） 65負(fù)載電壓波形tttttVtvDAB13sin13111sin1117sin715sin51sin32)(tttttVtvDAN13sin13111sin1117sin715sin51sin2)(第4章 直流/交流變換器（逆變器） 664.5 三相逆變電路工作原理n 電壓型三相逆變工作原理n 電流型三相逆變工作原理n 三相逆變器SPWM調(diào)制n 諧波注入SPWMn 空間矢量調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 67三相電流型逆變器（星形負(fù)載）(a) 電電路路:星星型型負(fù)負(fù)載載R RU Ud dL LdiT T1 1

41、T T3 3T T5 5T T2 2T T6 6T T4 4a ab bc cR RR Rn naibici2222222222T T1 1ttttttttttV Vg g1 1T T2 2T T3 3T T4 4T T5 5T T6 6T T6 6V Vg g2 2V Vg g3 3V Vg g4 4V Vg g5 5V Vg g6 6000000aibici0000abidIT T1 1T T2 2T T3 3T T4 4T T5 50120( (b b) ) 波波形形（ 導(dǎo)導(dǎo)電電類類型型）L很大很大，id恒定恒定120120度導(dǎo)電模式，僅兩個(gè)開關(guān)同時(shí)度導(dǎo)電模式，僅兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)電導(dǎo)電12

42、23 1223 34 34 45 45 56 56 61 61 1212第4章 直流/交流變換器（逆變器） 68三相電流型逆變器（三角形負(fù)載）2222tttaibici0000abidI0120(b) 波波形形（ 導(dǎo)導(dǎo)電電類類型型）c ca ab bbiabiaicicaibci三角形負(fù)載三角形負(fù)載babccaabbabbcacaab)(3iiiiiiiiiiiiab0)(0)(bccaabbccaabiiiZiZiZi)(31baabiii22ttttaibici0000abidI0120第4章 直流/交流變換器（逆變器） 694.5 三相逆變電路工作原理n 電壓型三相逆變工作原理n 電流型

43、三相逆變工作原理n 三相逆變器SPWM調(diào)制n 諧波注入SPWMn 空間矢量調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 70三相SPWM原理2dV2dV1T1D3D3T5T5D4D4T6T6D2D2TaibiciabcPQ0( (c c) )電電壓壓波波形形圖圖tttt00000Cv0Bv0AvcrvbrvarvcvDDAom_DVVVVVMVVVV866. 023212121DmaxDcmrmAom線電壓最大值1.三相調(diào)制波正弦對稱。三相調(diào)制波正弦對稱。2.三相共用載波。三相共用載波。3.改變調(diào)制比改變調(diào)制比M，可改變，可改變輸出電壓。輸出電壓。4.改變載波比改變載波比N可改變可改變LOH。+-1

44、-1+ +- -+-1-1+ +- -V Vg1 Tg1 T1 1V Vg4 Tg4 T4 4V Vg6 Tg6 T6 6V Vg3 g3 T T3 3cV+-1-1+ +- -V Vg2 Tg2 T2 2V Vg5 Tg5 T5 5參參考考波波形形成成VRVR+ +rfcf oVoVrmV)(tVar)(tVbr)(tVcr(b) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)(b) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)- -第4章 直流/交流變換器（逆變器） 714.5 三相逆變電路工作原理n 電壓型三相逆變工作原理n 電流型三相逆變工作原理n 三相逆變器SPWM調(diào)制n 諧波注入SPWMn 空間矢量調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 72HISPWM

45、（Harmonic Injection SPWM）0 /2-1.001.03/22vr3vrvi3vc注入諧波的基本思想橋臂之間基波電壓峰值：H 橋 180調(diào)制：1.27VD三相180調(diào)制：1.1VDH 橋SPWM： VD三相SPWM ：0.866VDttttttMvvvvvvvvvrrrrrrrrrrCrBrACrBrAr3sin3sin3sin61)120sin()120sin(sin333333VAO1Vi3VAhAVBO1Vi3VBhBVCO1Vi3VChCONZAZBZC15. 132諧波注入后的線電壓峰值可達(dá)：VD諧波注入后的調(diào)制比可達(dá)：第4章 直流/交流變換器（逆變器） 734.

46、5 三相逆變電路工作原理n 電壓型三相逆變工作原理n 電流型三相逆變工作原理n 三相逆變器SPWM調(diào)制n 諧波注入SPWMn 空間矢量調(diào)制第4章 直流/交流變換器（逆變器） 74空間矢量調(diào)制原理2dV2dV1T1D3D3T5T5D4D4T6T6D2D2TaibiciabcPQ0222323234323432dccjdcbjdcacojbojaoVSeVSeVSvevev A 軸 B 軸 22SVTsv C 軸 SV1 SV2 SV3 SV4 SV5 SV6 SV0 (-1-1-1) SV7 (1 1 1) (1-1-1) (11-1) (-11-1) (-111) (1-11) (-1-11) 11SVTsv Vr DV32 空間矢量定義：矢量合成原則：伏秒平衡Vr (cos+jsin )Tsv1SV1+Tsv2SV2+Tsv0/7SV0 Sa、b、c= 1， 橋臂上管通，下管斷；Sa、b、c= -1，橋臂上管斷，下管通。23sin3sin1smrsvTVVT23sinsin2smrsvTVVT217/02svsvssvTTTT最大調(diào)制范圍：DrVV31第4章 直流/交流變換器（逆變