第4講DCAC變換及應(yīng)用

1、 第第4講講 DC/AC變換及其應(yīng)用變換及其應(yīng)用4.5 SPWM逆變電路逆變電路逆變電路實(shí)例逆變電路實(shí)例實(shí)用范圍：實(shí)用范圍：辦公設(shè)備：筆記本電腦、移動(dòng)電話、打印機(jī)、顯示器家用電器：錄象機(jī)、音響、DVD、VCD及電冰箱郊外旅游：野外照明、微波爐、烹飪等戶外作業(yè)：電動(dòng)工具，車輛求援，搶險(xiǎn)救災(zāi)，商業(yè)促銷等休閑娛樂(lè)：手機(jī)、PDA、數(shù)碼攝象機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電池充電及GPS衛(wèi)星導(dǎo)航等 產(chǎn)品特點(diǎn)：產(chǎn)品特點(diǎn)：1、采用進(jìn)口元器件制造，先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)，使得逆變器的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%，嚴(yán)格生產(chǎn)質(zhì)量管理體系，現(xiàn)代化流水生產(chǎn)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。2、內(nèi)部保護(hù)電路防止了電脈沖或電壓波動(dòng)的影響，能承受壓縮機(jī)、電視顯示器等沖擊功率

2、較大的用電器安全啟動(dòng)，電源開(kāi)關(guān)可徹底切斷內(nèi)部電路，斷后可保護(hù)電瓶不受損失。3、自我保護(hù)設(shè)計(jì)，使得當(dāng)電壓低于10V時(shí)，就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，保證了蓄電池有足夠的電能啟動(dòng)車輛。4、過(guò)熱或過(guò)載時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；恢復(fù)正常后又會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。工作時(shí)無(wú)噪音，正常使用可運(yùn)行多年不需維護(hù)。5、輸入輸出方式多樣：12V輸入、24V輸入、點(diǎn)煙器輸入、電瓶直接輸入；220V交流輸出、110V交流輸出等，完全能滿足國(guó)內(nèi)外用戶對(duì)交流用電的需求。 中頻爐是一種將工頻中頻爐是一種將工頻50HZ50HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（300HZ300HZ以以上至上至20K HZ20K HZ）的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變）的電源

3、裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應(yīng)線圈里流過(guò)的中頻交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高容和感應(yīng)線圈里流過(guò)的中頻交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。材料中產(chǎn)生很大的渦流。逆變電路實(shí)例逆變電路實(shí)例 -中頻爐中頻爐1 1、大功率器件的研發(fā)、大功率器件的研發(fā)逆變技術(shù)的發(fā)展方向逆變技術(shù)的發(fā)展方向2 2、提高逆變器的變換效率、提高逆變器的變換效率 效率低的原因？效率低的原因？3 3、提高可靠性和、提高

4、可靠性和EMCEMC性能性能 1 1）不可靠的原因）不可靠的原因- - 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、元件質(zhì)量、操作維護(hù)各設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、元件質(zhì)量、操作維護(hù)各1/31/32 2）怎樣提高）怎樣提高EMCEMC性能？性能？ 抑制抑制EMIEMI同時(shí)也不產(chǎn)生同時(shí)也不產(chǎn)生EMIEMI逆變?nèi)萘颗c功率器件逆變?nèi)萘颗c功率器件小功率小功率 幾幾KW以下以下 - MOSFET中大功率中大功率 幾幾KW幾百幾百KW - IGBT大功率大功率 幾百幾百KW數(shù)數(shù)MW、 GW - GTO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/DC斬?cái)夭?/p>

5、波器器逆逆變變器器負(fù)負(fù)載載二二極極管管整整流流器器濾濾波波器器 交交-直直-交變頻器交變頻器 交交-直直-交變頻器交變頻器無(wú)源逆變無(wú)源逆變4.1 逆逆變電路變電路 概述概述一、分類一、分類1、按逆變能量輸出去向、按逆變能量輸出去向交流側(cè)接電網(wǎng)，為交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變有源逆變。交流側(cè)接負(fù)載，為交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變無(wú)源逆變。2、按直流電源性質(zhì)分、按直流電源性質(zhì)分 電壓型，電流型電壓型，電流型3、按有無(wú)變壓器分、按有無(wú)變壓器分 隔離式，非隔離式隔離式，非隔離式4、按結(jié)構(gòu)分、按結(jié)構(gòu)分 半橋，全橋，推挽式，單端正激，單端反激半橋，全橋，推挽式，單端正激，單端反激5、按相數(shù)分、按相數(shù)分 單相單相

6、三相三相 多相多相二、常見(jiàn)問(wèn)題二、常見(jiàn)問(wèn)題1、逆變與變頻的關(guān)系、逆變與變頻的關(guān)系變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。組成，后一部分就是逆變。2、應(yīng)用、應(yīng)用1）新能源的開(kāi)發(fā)利用，直流電源（如蓄電池、干電池、）新能源的開(kāi)發(fā)利用，直流電源（如蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池）等帶交流負(fù)載；太陽(yáng)能電池）等帶交流負(fù)載；2）交流電機(jī)調(diào)速用變頻器；）交流電機(jī)調(diào)速用變頻器；3）不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部）不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置

7、的核心部分都是逆變電路；分都是逆變電路；4）恒頻恒壓電源（交直交）恒頻恒壓電源（交直交）UPS，航天用，航天用400Hz電源電源 鐵路用鐵路用25Hz電源；電源；5）有源逆變電源）有源逆變電源 高壓直流輸電，送電端整流，受電高壓直流輸電，送電端整流，受電 端逆變；端逆變；6）開(kāi)關(guān)電源）開(kāi)關(guān)電源4.1直流電交流電三、三、 逆變電路的基本工作原理逆變電路的基本工作原理S1,4閉合閉合，S2,3斷開(kāi)斷開(kāi)時(shí)S S1 1S S4 4是橋式電路的是橋式電路的4 4個(gè)臂，個(gè)臂，由器件及輔助電路組成。由器件及輔助電路組成。改變開(kāi)關(guān)切換頻率，可改變開(kāi)關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率。改變輸出交流電頻率。S1,4

8、斷開(kāi)斷開(kāi)，S2,3閉合閉合時(shí)u uo o=-U=-Ud du uo o=U Ud dU Ud du uo oU Ud d-U-Ud dtt4.1開(kāi)通：適當(dāng)?shù)拈T(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開(kāi)通。開(kāi)通：適當(dāng)?shù)拈T(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開(kāi)通。關(guān)斷：全控型器件可通過(guò)門(mén)極關(guān)斷。關(guān)斷：全控型器件可通過(guò)門(mén)極關(guān)斷。 半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。 四、換流方式分類四、換流方式分類換流換流電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過(guò)程，也稱電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過(guò)程，也稱換相換相4.11)

9、器件換流器件換流（Device Commutation）利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。在在采用全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。采用全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。2) 電網(wǎng)換流電網(wǎng)換流（Line Commutation）電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。3) 負(fù)載換流負(fù)載換流（Load Commutation）4) 強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流（Forced Commutation）負(fù)載換流工作波形負(fù)載換流工作波形 ?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4由

10、負(fù)載提供換流電壓的換流方式由負(fù)載提供換流電壓的換流方式3 3）負(fù)載換流）負(fù)載換流VT1,4通時(shí)，電容上電壓：通時(shí)，電容上電壓：VT2,3承受正向電壓承受正向電壓此時(shí)觸發(fā)此時(shí)觸發(fā)VT2,3 能通能通VT2,3導(dǎo)通后，導(dǎo)通后， VT1,4承受反壓承受反壓 實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流什么樣的電路能實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流？什么樣的電路能實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流？關(guān)斷關(guān)斷 四、換流方式分類四、換流方式分類4.1由換流電路內(nèi)電容直接提供換流電壓直接耦合式強(qiáng)迫換流通過(guò)換流電路內(nèi)電容和電感的耦合來(lái)提供換流電壓或換流電流電感耦合式強(qiáng)迫換流設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反壓或反電流設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施

11、加反壓或反電流通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此也稱為通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此也稱為電容換流電容換流。4)強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流（Forced Commutation）先使晶閘管電流減為零，然后通過(guò)先使晶閘管電流減為零，然后通過(guò)反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓。反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓。電流在支路內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱?，稱為電流在支路內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱?，稱為熄滅熄滅。 四、換流方式分類四、換流方式分類4.1電壓型逆變電路電壓型逆變電路 Voltage Source Type Inverter-VSTIVoltage Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)是

12、直流側(cè)是電壓源電壓源電流型逆變電路電流型逆變電路 Current Source Type Inverter-VSTICurrent Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)是直流側(cè)是電流源電流源4.2 電壓型逆變電路電壓型逆變電路1）逆變電路的分類 根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同2 2）電壓型逆變電路的特點(diǎn)）電壓型逆變電路的特點(diǎn)(1)(1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容， 相當(dāng)于大電源。相當(dāng)于大電源。(2)(2)輸出電壓為矩形波，且與輸出電壓為矩形波，且與無(wú)關(guān)無(wú)關(guān) 輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。(3)(3)

13、阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率。為阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率。為給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路ttuG1uG2t1t2t3tiouot4t5器件導(dǎo)通情況器件導(dǎo)通情況控制信號(hào)控制信號(hào)u0i0開(kāi)開(kāi)V1,關(guān)關(guān)V2開(kāi)開(kāi)V2,關(guān)關(guān)V1V1VD2V2VD1VD1+-+-工作原理工作原理1 1）半橋逆變電路）半橋逆變電路V1V1和和V2V2柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，2dU開(kāi)開(kāi)V1,關(guān)關(guān)V22dU2d

14、U2dU2dU優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，使用器件少優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，使用器件少V1通，通，u0=Ud/2VD2通，通，u0= -Ud/2V2通，通，u0= -Ud/2VD1通，通，u0= Ud/2缺點(diǎn)：輸出電壓幅值缺點(diǎn)：輸出電壓幅值為為U Ud d/2/2，且直流側(cè)需兩，且直流側(cè)需兩電容串聯(lián)，要均壓。電容串聯(lián)，要均壓。應(yīng)用：用于幾應(yīng)用：用于幾kWkW以下以下的小功率逆變電源。單的小功率逆變電源。單相全橋、三相橋式都可相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合。路的組合。四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋組合而成四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋組合而成兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180180輸出電壓和電

15、流波形同半橋電路形狀輸出電壓和電流波形同半橋電路形狀改變改變U U0 0只能通過(guò)改變只能通過(guò)改變U Ud d來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路2) 全全橋逆變電路橋逆變電路ttuG1,4uG2,3t1t2t3tiouot4t5器件導(dǎo)通情況器件導(dǎo)通情況控制信號(hào)控制信號(hào)u0i0V1,4導(dǎo)通，導(dǎo)通，u0=UdVD2,3導(dǎo)通，導(dǎo)通，u0= -UdV2,3導(dǎo)通，導(dǎo)通，u0= -UdVD1,4導(dǎo)通，導(dǎo)通，u0= Ud開(kāi)開(kāi)V1,4,關(guān)關(guān)V2,3開(kāi)開(kāi)V2,3,關(guān)關(guān)V1,4開(kāi)開(kāi)V1,4,關(guān)關(guān)V2,3V1,4VD2,3V2,3VD1,4VD1,4-Ud-UdUdUdUd+-+- tuG1

16、tuG2tuG3tuG4t1t2iotuo調(diào)調(diào) 調(diào)輸出電壓調(diào)輸出電壓4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路阻感負(fù)載時(shí)，可阻感負(fù)載時(shí)，可移相調(diào)壓移相調(diào)壓t3t4t5t6t7t8V1,4V2,3VD2器件導(dǎo)器件導(dǎo)通情況通情況V1V2V1,4VD4VD3VD3VD1VD43 3、帶中心抽頭變壓器的逆變電路、帶中心抽頭變壓器的逆變電路交替驅(qū)動(dòng)兩個(gè)交替驅(qū)動(dòng)兩個(gè)IGBT，經(jīng)變壓器耦，經(jīng)變壓器耦合，負(fù)載得到矩形波交流電壓合，負(fù)載得到矩形波交流電壓二極管二極管-提供無(wú)功能量的反饋通道提供無(wú)功能量的反饋通道當(dāng)變壓器匝比為當(dāng)變壓器匝比為1：1時(shí)，時(shí)，uo和和io波形波形及幅值與全橋逆變電路完全相同及幅值

17、與全橋逆變電路完全相同與全橋電路比較：與全橋電路比較： 1)少用一半開(kāi)關(guān)器件少用一半開(kāi)關(guān)器件; 2)器件承受的電壓為器件承受的電壓為2Ud; 3)必須有一個(gè)變壓器必須有一個(gè)變壓器 .4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuuUdtuUN4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路波形分析波形分析)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu負(fù)載對(duì)稱時(shí)負(fù)載對(duì)稱時(shí)uUN+uVN+uWN=0)(31 WN VN UNNNuuuuUd6uVNtuWNt

18、uUVtuNNtuUNtiUtidt2Ud3Ud3負(fù)載已知時(shí)，可由負(fù)載已知時(shí)，可由uUN波形求出波形求出iU波形。波形。uVNtuWNt基本工作方式180導(dǎo)電方導(dǎo)電方式式每橋臂導(dǎo)電每橋臂導(dǎo)電180180，同一相上下，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相差兩臂交替導(dǎo)電，各相差120 120 。任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通每次換流都是在同一相上下兩每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流縱向換流。應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣0)ii(iWVU 三相變換器輸出三相變換器輸出電壓和電流波形電壓和電流波形 dd3202d3202ABL816. 032)t(1)t()(1

19、UUdUdUUdd1L78. 06uuU線電壓的有效值：線電壓基波分量有效值：三相變換器相電壓波形和在每周期的六個(gè)狀態(tài)，故稱六階梯波一周期內(nèi)有兩個(gè)導(dǎo)通階段和兩個(gè)換流階段一周期內(nèi)有兩個(gè)導(dǎo)通階段和兩個(gè)換流階段t t1 1t t2 2：VTVT1 1, ,4 4穩(wěn)定導(dǎo)通穩(wěn)定導(dǎo)通, ,i i= =I Id d，t t2 2時(shí)刻前在時(shí)刻前在C C上建立左正右負(fù)電壓。上建立左正右負(fù)電壓。t t2 2t t4:4:換流階段換流階段電容經(jīng)兩個(gè)放電回電容經(jīng)兩個(gè)放電回路同時(shí)放電路同時(shí)放電4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路工作分析工作分析t t= =t t4 4時(shí)時(shí), , 換流結(jié)束換流結(jié)束 tg g

20、-換流時(shí)間換流時(shí)間。T Tb b承受反壓時(shí)間承受反壓時(shí)間四個(gè)橋臂構(gòu)成四個(gè)橋臂構(gòu)成, ,電抗器用來(lái)限制開(kāi)通時(shí)的電抗器用來(lái)限制開(kāi)通時(shí)的d di i/d/dt t。工作方式為工作方式為負(fù)載換相負(fù)載換相。 C L RC L R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路構(gòu)成并聯(lián)諧振電路輸出電流接近矩形波，輸出電流接近矩形波，ttuG1,4uG2,3iTioIdt3tfuotdtbiVT2,3iVT1,4Idt2t1t7t6t5t4trttt 電流型逆變電路主要電流型逆變電路主要特點(diǎn)特點(diǎn)(1)(1) 直流側(cè)串大電感，電流基直流側(cè)串大電感，電流基 本無(wú)脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源本無(wú)脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源(2)(2) 交流輸出電流為矩形波，電壓波

21、交流輸出電流為矩形波，電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。形和相位因負(fù)載不同而不同。(3)(3)直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的 作作用，不必反并聯(lián)二極管。用，不必反并聯(lián)二極管。 電路多采用半控型器件，換流方式電路多采用半控型器件，換流方式有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流。有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流。主要用于中大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。主要用于中大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。是是電流型電流型三相橋式逆變電路。三相橋式逆變電路。各橋臂的晶閘管和二極管串聯(lián)使用。各橋臂的晶閘管和二極管串聯(lián)使用。120120導(dǎo)電工作方式導(dǎo)電工作方式，輸出波形和圖，輸出波形和圖5-5-1414的波形大體相同。的波形大體相同。

22、強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流方式，電容方式，電容C C1 1C C6 6為換流電容。為換流電容。4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路- - +UVW+ - -UVWa)+ - -UVWb)- - +UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id- -iV 換流過(guò)程分析換流過(guò)程分析等效換流電容概念等效換流電容概念： 分析從分析從VTVT1 1向向VTVT3 3換流時(shí)，換流時(shí)，C

23、 C1313就是就是C C3 3與與C C5 5串聯(lián)后再與串聯(lián)后再與C C1 1并聯(lián)的等效電容并聯(lián)的等效電容4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路wtuuuuOOOOOwtwtwtOwtwtVT4導(dǎo)通UVWiViWiUudMVT1導(dǎo)通VT3導(dǎo)通VT6導(dǎo)通VT5導(dǎo)通VT2導(dǎo)通uVT1BQ轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，檢測(cè)磁極位置以決定什么時(shí)候給哪個(gè)晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖。無(wú)換相器電動(dòng)機(jī)電路工作波形無(wú)換相器電動(dòng)機(jī)的基本電路三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路實(shí)例：無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)實(shí)例：無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)電流型三相橋式逆變器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)電流型三相橋式逆變器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)，負(fù)載換流。機(jī)，負(fù)載換流。工作

24、特性和調(diào)速方式和直流電動(dòng)機(jī)相工作特性和調(diào)速方式和直流電動(dòng)機(jī)相似，但無(wú)換向器，因此稱似，但無(wú)換向器，因此稱無(wú)換向器電無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)。4.4 多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路電壓型逆變電路輸出電壓是矩形波，電流型逆變電路輸出電流是矩形波，含有較多諧波。多重逆變電路把幾個(gè)矩形波組合起來(lái)，接近正弦。多電平逆變電路輸出較多電平，使輸出接近正弦。12060180tOtOtO三次諧波三次諧波u1u2uo二重逆變電路的工作波形二重逆變電路的工作波形二重單相逆變電路二重單相逆變電路4.4.1 多重逆變電路多重逆變電路u1和和u2相位錯(cuò)開(kāi)相位錯(cuò)開(kāi)j j =60,其中的其中的3次次諧波就

25、錯(cuò)開(kāi)了諧波就錯(cuò)開(kāi)了 360=180。T T1 1、T T2 2串聯(lián)合成后，串聯(lián)合成后，3次諧波互次諧波互相抵消，總輸出電壓中不含相抵消，總輸出電壓中不含3次諧次諧波波uo波形是波形是120矩形波，含矩形波，含6k1次諧波，次諧波，3k次諧波都被抵消。次諧波都被抵消。單相電壓型二重逆變電路單相電壓型二重逆變電路由兩個(gè)單相全橋組成，由兩個(gè)單相全橋組成，T T1 1和和T T2 2串聯(lián)起來(lái)。屬串聯(lián)起來(lái)。屬串聯(lián)多重串聯(lián)多重輸出波形：兩個(gè)單相的輸輸出波形：兩個(gè)單相的輸出出u u1 1和和u u2 2是是180180矩形波。矩形波。電壓型、電流型都可多重化電壓型、電流型都可多重化, ,現(xiàn)以現(xiàn)以電壓型電壓型

26、為例為例由兩個(gè)三相橋式逆變電路構(gòu)成，輸由兩個(gè)三相橋式逆變電路構(gòu)成，輸出通過(guò)變壓器串聯(lián)合成。出通過(guò)變壓器串聯(lián)合成。兩個(gè)逆變電路均為兩個(gè)逆變電路均為180180導(dǎo)通方式。導(dǎo)通方式。逆變橋逆變橋IIII的相位逆變橋的相位逆變橋I I滯后滯后3030。T T1 1為為/ Y/ Y聯(lián)結(jié)，線電壓變比為聯(lián)結(jié)，線電壓變比為 （一次和二次繞組匝數(shù)相等（一次和二次繞組匝數(shù)相等) )。T T2 2一次側(cè)一次側(cè)聯(lián)結(jié)，二次側(cè)兩繞組曲折聯(lián)結(jié)，二次側(cè)兩繞組曲折星形接法，其二次電壓相對(duì)于一次電星形接法，其二次電壓相對(duì)于一次電壓而言，比壓而言，比T T1 1的接法超前的接法超前3030，以抵，以抵消逆變橋消逆變橋IIII比逆變

27、橋比逆變橋I I滯后的滯后的3030。這。這樣，樣，u uU2U2和和u uU1U1的基波相位就相同。的基波相位就相同。4.4.1 多重逆變電路多重逆變電路三相電壓型二重逆變電路三相電壓型二重逆變電路的工作原理tOtOtOtOtO3131)(1+)UU1UA21-UB22UU2UUN(UA1)UdUd32Ud31Ud32Ud(1+Ud31Ud三相電壓型二重逆變電路波形圖 4.4.1 多重逆變電路多重逆變電路由圖可看出uUN比uU1接近正弦波。直流側(cè)電流每周期脈動(dòng)12次，稱為12脈波逆變電路脈波逆變電路。使m個(gè)三相橋逆變電路的相位依次錯(cuò)開(kāi) /(3m)，連同合成輸出電壓并抵消上述相位差的變壓器，就

28、可構(gòu)成6m的脈波逆變電路。三電平逆變電路三電平逆變電路4.4.2 多電平逆變電路多電平逆變電路也稱中點(diǎn)鉗位型逆變電路中點(diǎn)鉗位型逆變電路電路構(gòu)成特點(diǎn)電路構(gòu)成特點(diǎn)每橋臂由兩個(gè)全控器件串聯(lián)構(gòu)成，兩者每橋臂由兩個(gè)全控器件串聯(lián)構(gòu)成，兩者中點(diǎn)通過(guò)鉗位二極管和直流側(cè)中點(diǎn)相連中點(diǎn)通過(guò)鉗位二極管和直流側(cè)中點(diǎn)相連 以以U U相相為例分析工作情況為例分析工作情況V V1111和和V V1212（或（或VDVD1111和和VDVD1212）通，）通，V V4141和和V V4242斷，斷，UOUO間電位差為間電位差為U Ud d/2/2。V V4141和和V V4242（或（或VDVD4141和和VDVD4242）通

29、，）通，V V1111和和V V1212斷，斷，UOUO間電位差為間電位差為- -U Ud d/2/2。V V1212和和V V4141導(dǎo)通，導(dǎo)通，V V1111和和V V4242關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷時(shí)，UOUO間電位差為間電位差為0 0。V V1212和和V V4141不能同時(shí)導(dǎo)通。不能同時(shí)導(dǎo)通。i iU U00時(shí)，時(shí)，V V1212和和VDVD1 1導(dǎo)通。導(dǎo)通。i iU U0面積等效原理面積等效原理OuttSPWM波Out若要改變正弦波幅值若要改變正弦波幅值按同一比例改變各脈沖寬度即可按同一比例改變各脈沖寬度即可寬度按正弦規(guī)律變化寬度按正弦規(guī)律變化沖量相等，中點(diǎn)重合沖量相等，中點(diǎn)重合4.5.1 P

30、WM控制的基本思想控制的基本思想OwtUd-Ud 對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWMPWM波形波形OwtUd-Ud 正弦波還可等效為下圖中的正弦波還可等效為下圖中的PWMPWM波，在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。波，在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。Uot等幅等幅PWMPWM波波不等幅不等幅PWMPWM波波4.5.1 PWM控制的基本思想控制的基本思想1 1）計(jì)算法）計(jì)算法據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWMPWM波各脈沖寬度波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可得到和間隔，據(jù)此控制逆變電路開(kāi)

31、關(guān)器件的通斷，就可得到PWMPWM波形波形較繁瑣，當(dāng)正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化較繁瑣，當(dāng)正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化V V4 4關(guān)時(shí)關(guān)時(shí),V,V1 1,VD,VD3 3 或或V V3 3 VD VD1 1續(xù)流，續(xù)流，u uo o=0=0V V1 1通，通，V V2 2斷，斷， V V3,43,4交替通斷交替通斷U Uo o正正周周半半 V V1 1, ,4 4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，u uo o= =U Ud d V V2 2通，通，V V1 1斷。斷。 V V3,43,4交替通斷交替通斷V V3 3關(guān)時(shí)關(guān)時(shí),V,V2 2 VD VD4 4 或或V V4 4 VD V

32、D2 2續(xù)續(xù)流流, ,u uo o=0=0 V V2 2, ,3 3導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，u uo o=-=-U Ud d 2）單極型）單極型調(diào)制法調(diào)制法以單相橋式電壓型逆變電路為例以單相橋式電壓型逆變電路為例單相橋式單相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 V V1,21,2通斷互補(bǔ)，通斷互補(bǔ)，V V3,43,4通斷也互補(bǔ)通斷也互補(bǔ)單極性單極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouoUd-Ud在在u ur r和和u uc c的交點(diǎn)時(shí)刻控制的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBTIGBT的通斷的通斷U Uo o負(fù)負(fù)周周半半u ur r正半周正半周，V V1 1保持保持通通，V V2 2保持保持?jǐn)?/p>

33、斷。 當(dāng)當(dāng)u ur r u uc c時(shí)使時(shí)使V V4 4通，通，V V3 3斷，斷，u uo o= =U Ud d 。 當(dāng)當(dāng)u ur r u uc c時(shí)時(shí)，令，令V V1 1, ,4 4導(dǎo)通，令導(dǎo)通，令V V2323關(guān)斷關(guān)斷如如i io o00，V V1,41,4通；如通；如i io o00，VDVD1414通通, ,u uo o= =U Ud d u ur r u uc c時(shí)時(shí)，令，令V V2,32,3通，令通，令V V1,41,4關(guān)斷。關(guān)斷。如如i io o000，VDVD2 2, ,3 3通，通，u uo o=-=-U Ud d 。雙極性雙極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形uruc

34、uOwtOwtuouofuoUd-Ud在在u ur r和和u uc c的交點(diǎn)時(shí)刻控制的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBTIGBT的通斷。的通斷。4.5.2 SPWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法ucurUuuUNuVNuWNttttuUVUd- Udt三相橋式三相橋式PWMPWM型逆變電路型逆變電路 以以U U相為例分析相為例分析控制規(guī)律控制規(guī)律：u urUrU u uc c時(shí)時(shí), ,通通V V1 1, ,關(guān)關(guān)V V4 4, ,u uUNUN= =U Ud d/2/2u urUrU u uc c時(shí)時(shí), ,通通V V4 4, ,關(guān)關(guān)V V1 1, ,u uUNUN=-=-U Ud d/2/2 當(dāng)當(dāng)V

35、 V1414加通信號(hào)時(shí)加通信號(hào)時(shí), ,可能可能V V1414通，通，也可能也可能VDVD1414通通U Uc c-三相的三相的PWMPWM控制公用三角波載波控制公用三角波載波u urUrU、u urVrV、u urWrW-三相的調(diào)制信號(hào)三相的調(diào)制信號(hào)4 4）雙極性）雙極性PWMPWM控制方式控制方式（三相橋逆變）（三相橋逆變） 負(fù)載相電壓有負(fù)載相電壓有( (2/3)2/3)U Ud d、 ( (1/3)1/3)U Ud d和和0 0共共5 5種電平種電平2UdurVurWuUNt32Ud3Udu uUNUN、u uVNVN和和u uWNWN 僅僅U Ud d/2/2兩種兩種電平電平u uUVU

36、V波形可由波形可由u uUNUN- -u uVNVN得出，有得出，有U Ud d和和0 0三種電平。三種電平。在輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各在輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各k k次，有次，有k k個(gè)個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可控，可消去開(kāi)關(guān)時(shí)刻可控，可消去k k1 1個(gè)頻率的特定諧波。個(gè)頻率的特定諧波。k k的取值越大，開(kāi)關(guān)時(shí)刻的計(jì)算越復(fù)雜。的取值越大，開(kāi)關(guān)時(shí)刻的計(jì)算越復(fù)雜。4.5.2 SPWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法雙極性雙極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud單極性單極性PWMPWM控制方式波形控制方式波形urucuOwtOwtuouofu

37、oUd-Ud4.5.2 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法PWMPWM調(diào)制方式分為調(diào)制方式分為異步調(diào)制異步調(diào)制和和同步調(diào)制同步調(diào)制 通常保持通常保持f fc c固定不變，當(dāng)固定不變，當(dāng)f fr r變化時(shí)，載波比變化時(shí)，載波比N N是變化的是變化的 在信號(hào)波的半周期內(nèi)，在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWMPWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/41/4周期的脈沖也不對(duì)稱周期的脈沖也不對(duì)稱f fr r較低時(shí)較低時(shí), ,N N較大，一較大，一T T內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生影響較小內(nèi)脈沖

38、數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生影響較小f fr r增高時(shí)增高時(shí), ,N N減小減小, ,一一T T內(nèi)的脈沖數(shù)減少，內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWMPWM脈沖不對(duì)稱的影響變大脈沖不對(duì)稱的影響變大載波比載波比N N= = f fc c / / f fr r1 1）異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式urucuOwtuOwt頻率增加頻率增加uOwt頻率減小頻率減小低頻性能好低頻性能好4.5.3 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制2 2）同步調(diào)制同步調(diào)制uc c 與與ur r保持同步的調(diào)制方式，變頻時(shí)保持同步的調(diào)制方式，變頻時(shí)N= f fc c / / f fr r等于常數(shù)等于常數(shù)ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud同步調(diào)制三相同步調(diào)制三相PWMPWM波形波形f fr r變化時(shí)變化時(shí)N N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。出脈沖數(shù)固定。三相電路中公用一個(gè)三角載波，取三相電路中公用一個(gè)三角載波，取N N為為3 3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱為使為使PWMPWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱波正負(fù)半周鏡對(duì)稱, ,N N取奇數(shù)取奇數(shù)f fr r很低時(shí)，很低時(shí)，f fc