電力電子技術（第2版） 第4章 逆變電路

第4章逆變電路4.1概述4.2電壓型逆變電路4.3電流型逆變電路4.4逆變電路的脈沖寬度調制技術—ＰＷＭ逆變電路4.5逆變電路的應用第4章逆變電路?

引言逆變的概念逆變——將輸入的直流電變成交流電輸出。交流側接電網，為有源逆變。交流側接負載，為無源逆變。逆變與變頻（Inverter）

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）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。主要應用各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。交流電機調速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。本章講述無源逆變逆變器已廣泛運用于各類：通訊、工業(yè)設備、衛(wèi)星通信設備、軍用車載、醫(yī)療救護車、警車、船舶、太陽能及風能發(fā)電領域。4.1概述

4.1.1逆變的基本原理（１）帶電阻負載的工作情況分析★開關S1和S4閉合，S2和S3斷開時，負載兩端方向為左正右負，此時輸出電壓uo＝Ud，即uo為正值?！镩_關S1和S4斷開，S2和S3閉合，負載兩端方向為右正左負，此時輸出電壓uo＝-Ud，即uo為負值。

①和Ｓ３單相橋式逆變電路模型如果改變上述工作狀態(tài)的周期Ｔ，即可改變輸出交流電的周期，即改變了輸出交流電的頻率。純電阻負載：其輸出電流和電壓成正比S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo為正。S1、S4斷開，S2、S3閉合時，負載電壓uo為負。直流電交流電（2）帶阻感負載的工作情況分析當為阻感負載時，輸出電壓和電流的波形不同，電流相位滯后于電壓。4.1.1逆變電路的基本工作原理逆變電路最基本的工作原理

——改變兩組開關切換頻率，可改變輸出交流電頻率。圖4-1逆變電路及其波形舉例a)b)tuoiot1t2電阻負載時，負載電流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感負載時，io相位滯后于uo，波形也不同。4.1.2逆變電路的分類（１）按輸入電源的特點分類①輸入電源（直流側電源）為恒壓源的逆變電路稱為電壓源型逆變電路，或電壓型逆變電路。②輸入電源（直流側電源）為恒流源的逆變電路稱為電流源型逆變電路，或電流型逆變電路。（２）按主電路的結構特點分類①半橋式逆變電路。②全橋式逆變電路。③推挽式逆變電路。（３）按輸出相數(shù)分類①逆變電路輸出的交流電是單相電，稱為單相逆變電路。②逆變電路輸出的交流電是三相電，稱為三相逆變電路。（４）按換流方式的不同分類將電流從一個支路向另一個支路轉移的過程，稱為換流或換相。在t1時刻電流從S1和S4支路轉移到了S2和S3支路的過程，稱為換流。為實現(xiàn)換流，必須讓有的支路的器件從通態(tài)變?yōu)閿鄳B(tài)（如圖中t1時刻的S1和S4），讓有的支路的器件從斷態(tài)變?yōu)橥☉B(tài)（如圖中t1時刻的S2和S3）。因此，研究換流方式的關鍵是研究器件的通斷。換流——電流從一個支路向另一個支路轉移的過程，也稱為換相。開通：適當?shù)拈T極驅動信號就可使器件開通。關斷：全控型器件可通過門極關斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。1)器件換流（DeviceCommutation）利用全控型器件的自關斷能力進行換流。在采用IGBT

、電力MOSFET

、GTO

、GTR等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。2)

電網換流（LineCommutation）電網提供換流電壓的換流方式。將負的電網電壓施加在欲關斷的晶閘管上即可使其關斷。但不適用于沒有交流電網的無源逆變電路。3)

負載換流（LoadCommutation）4)強迫換流（ForcedCommutation）外部換流負載換流由負載提供換流電壓的換流方式。負載電流的相位超前于負載電壓的場合，都可實現(xiàn)負載換流。如圖是基本的負載換流電路，4個橋臂均由晶閘管組成。整個負載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性。直流側串電感，工作過程可認為id

基本沒有脈動。負載對基波的阻抗大而對諧波的阻抗小。所以uo接近正弦波。?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT44)強迫換流（ForcedCommutation）設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流的換流方式稱為強迫換流。通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)，因此也稱為電容換流。4.1.3逆變裝置的性能指標逆變電路的輸出交流波形總是偏離理想的正弦波，除了含有基波分量外，還含有諧波分量。（１）諧波的定義通?？偸窍Ｍ涣麟妷汉徒涣麟娏鞒尸F(xiàn)出正弦波，正弦波電壓可表示為式中：※

當正弦波電壓施加在線性無源元件電阻、電感和電容上時，其電流為同頻率正弦波。※

當正弦波電壓施加在非線性電路上時，電流就變?yōu)榉钦也??！?/p>

當非正弦波電壓施加在線性電路上時，其電流也為非正弦波。對于非正弦電壓，周期為（一般滿足狄里赫利條件，則可分解為如下形式的傅里葉級數(shù)：其中：或在式中，頻率與工頻相同的分量稱為基波分量；

頻率為基波頻率整倍的分量稱為諧波分量；

諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比值的大小就稱為諧波的次數(shù)。（２）諧波系數(shù)HF（ＨarmonnicFactor）

為了表征一個實際波形中第n次諧波與基波相比的相對值，引入諧波系數(shù)HF。第n次諧波系數(shù)HFn為

式中，

為第n次諧波電壓有效值，

為基波電壓有效值。

(3)總諧波畸變系數(shù)THD（TotalHarmonicdistortionFactor）

總諧波畸變系數(shù)THD。定義為

對于理想正弦波而言，

。

(4)畸變系數(shù)DF（DistortionFactor）

為了表征一個實際波形中每一次諧波分量對波形畸變的影響程度，引入畸變系數(shù)DF。

對于第n次諧波的畸變系數(shù)DFn為:

(5)最低次諧波LOH（Lowest-OrderHarmonic）

最低次諧波LOH定義為與基波頻率最接近的諧波。

4.2電壓型逆變電路

4.2.1

電壓型單相逆變電路

4.2.2

電壓型三相逆變電路4.2電壓型逆變電路

在電壓型逆變電路中，為給直流側提供恒壓源，在直流側并聯(lián)大電容，由于電容兩端電壓不能突變，使得直流側電壓基本無脈動，相當于恒壓源。

4.2.1電壓型單相逆變電路

(1)電壓型單相半橋逆變電路

電壓型單相半橋逆變電路，它主要由兩個導電橋臂構成，每個導電橋臂由一個全控型器件（這里選用IGBT）和反向并聯(lián)的二極管構成。

1）帶電阻負載的工作情況圖4.4電壓型單相半橋逆變電路及其工作波形2）帶阻感負載的工作情況通過上述分析可知，

當V1或V2導通時，負載電流和電壓方向相同，直流側向負載提供能量；

而當VD1和VD2導通時，負載電流和電壓方向相反，負載電感中儲存的能量向直流側反饋，即感性負載將其吸收的無功能量反饋回直流側。

反饋的能量暫時儲存在直流側的電容器中，可見直流側的電容器起著緩沖無功能量的作用。

二極管VD1和VD2是負載向直流側反饋能量的通道，故稱為反饋二極管；又由于VD1和VD2使的負載電流連續(xù)，故又可稱為續(xù)流二極管。

通過上述分析可知，電壓型單相半橋逆變電路，無論是電阻負載還是阻感負載，其輸出電壓的波形均為180°方波，其幅值為Ud/2。輸出電壓的有效值為：

將uo分解為傅里葉級數(shù)，得：其中，基波和各次諧波的幅值為：基波和各次諧波的有效值為電壓中僅含奇次諧波，各次諧波值與諧波次數(shù)成反比，且與基波值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。4.2.1單相電壓型逆變電路優(yōu)點：電路簡單，使用器件少。缺點：輸出交流電壓幅值為Ud/2，且直流側需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。應用：用于幾kW以下的小功率逆變電源。單相全橋、三相橋式都可看成若干個半橋逆變電路的組合。2)全橋逆變電路共四個橋臂，可看成兩個半橋電路組合而成。兩對橋臂交替導通180°。輸出電壓合電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud來實現(xiàn)。其以上分析可知輸出電壓uo的波形和半橋逆變電路uo的波形，形狀相同，均為180°方波，只是幅值增大一倍為Ud。因此輸出電壓的有效值為Ud。

將uo分解為傅里葉級數(shù)，得：其中，基波和各次諧波的幅值為：基波和各次諧波的有效值為【例4.1】電壓型單相全橋逆變電路如圖所示，其輸出電壓uo為180°方波，輸入直流電壓為200V，負載中

，，逆變頻率為工頻。試求輸出電壓基波幅值和有效值、輸出電壓第5次諧波的有效值、輸出電流基波的有效值。

解：輸出電壓基波幅值為：輸出電壓基波有效值為：輸出電壓第5次諧波有效值為：輸出電流基波的有效值為：4.2.1單相電壓型逆變電路阻感負載時，還可采用移相的方式來調節(jié)輸出電壓－移相調壓。a)tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouoV3的基極信號比V1落后q

（0＜q

＜180°）。V3、V4的柵極信號分別比V2、V1的前移180°－q。輸出電壓是正負各為q的脈沖。改變q就可調節(jié)輸出電壓。V1、V4V1、VD3VD2、VD3V2、V3V2、VD4VD1、VD4(3)電壓型推挽式單相逆變電路

圖4.8電壓型推挽式單相逆變電路三相交流電三相交流電是由三個頻率相同、電勢振幅相等、相位差互差120°角的交流電路組成的電力系統(tǒng)。

120o30o150ou2uaubuc4.2.2三相電壓型逆變電路180°導電方式每個橋臂的導電180°，同一相上下2個橋臂交替導電，各相開始導電角度相差120°。任一瞬間，3個橋臂同時導通，可能是上1下2個臂，也可能是上2個下1個臂同時導通。每次換流（隔60o）都是在同一相上下2個橋臂之間進行的，被稱為縱向換流。在0<ωt≤π/3期間V1、V5、V6施加驅動。負載電流經V1、V5被送到U和W相負載上，然后經V相負載和V6流回電源。在ωt=π/3時刻，撤除V5的驅動，V5關斷由于感性負載電流不能突變，W相電流將由與V2反并聯(lián)的二極管VD2提供。當V5被關斷時，不能立即導通V2，以防止V5、V2同時導通造成短路，必須保證有一段死區(qū)時間或互鎖延遲時間。V2被施加正向驅動。當VD2中續(xù)流結束時，W相電流反向經V2流回電源。此時負載電流由電源送出，經V1和U相負載，然后分流到V和W相負載，分別經V6和V2流回電源。在ωt=2π/3時刻，撤除V6的驅動，V6關斷，V相電流由VD3續(xù)流。V6經互鎖延遲時間后，V3被施加驅動脈沖。當續(xù)流結束時，V相電流反向經V3流入V相負載。此時電流由電源送出，經V1和V3及U、V相負載回流到W相。仿此，可以分析整個周期中各管的運行情況。4.2.2三相電壓型逆變電路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3圖4-10電壓型三相橋式逆變電路的工作波形

◆把上面各式相加并整理可求得設負載為三相對稱負載，則有uUN+uVN+uWN=0，故可得

◆負載線電壓可由下式求出◆負載各相的相電壓分別為

根據圖4.10e所示的相電壓波形，以U相為例，輸出相電壓有效值

為，

把按照傅立葉級數(shù)展開，

得

式中

，k為自然數(shù)?？芍?，相電壓的基波幅值

和基波有效值

分別為其他各次諧波值與基波值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。從圖4.10c中可見，輸出線電壓

為120度方波，其有效值

為

把輸出線電壓

按照傅立葉級數(shù)展開，得可知，線電壓的基波幅值

和基波有效值

分別為：電壓型逆變電路有以下幾個主要特點：

1）直流側為恒壓源，或在直流側并聯(lián)大電容，使得直流側電壓基本無脈動，直流側呈現(xiàn)為低阻抗。

2）由于輸入直流側恒壓源的鉗位作用，在開關器件的控制下，使得輸出電壓的波形為矩形波，波形僅與控制信號相關而與負載性質無關。但輸出電流的波形和相位與負載的阻抗角相關。

3）負載為阻感負載時，需要將感性負載儲存的無功能量反饋回直流側，直流側的電容器起著緩沖無功能量的作用，且逆變橋各臂都反并聯(lián)了反饋二極管，作為反饋無功能量的通道。4.3電流型逆變電路

4.3.1

電流型單相逆變電路

4.3.2

電流型三相逆變電路

4.3.1電流型單相逆變電路(1)電流型單相逆變電路典型應用由四個橋臂構成，每個橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個電抗器，用來限制晶閘管開通時的di/dt。這種逆變電路常用于金屬熔煉、透熱等的中頻感應加熱爐。當橋臂1、4和橋臂2、3交替導通時，負載感應線圈通入中頻電流，在感應線圈中產生中頻的交變磁場，處于此磁場中的金屬材料（相當于導體）產生感應電動勢，進而形成很大的渦流引起金屬材料發(fā)熱4.3.1電流型單相逆變電路(2)電流型單相逆變電路工作原理分析工作方式為負載換相。電容C和L、R構成并聯(lián)諧振電路，工作在略失諧呈容性的情況。輸出電流波形接近矩形波，電壓波形接近正弦波。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4圖4－13并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形2)工作分析一個周期內有兩個導通階段和兩個換流階段。t1~t2：VT1和VT4穩(wěn)定導通階段，iｏ=Id，t2時刻前在C上建立了左正右負的電壓。t2~t4：t2時觸發(fā)VT2和VT3開通，進入換流階段。LT使VT1、VT4不能立刻關斷，電流有一個減小過程。VT2、VT3電流有一個增大過程。4個晶閘管全部導通，負載電容電壓經兩個并聯(lián)的放電回路同時放電。LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一個經LT2、VT2、VT4、LT4到C。+-t=t4時，VT1、VT4電流減至零而關斷，換流階段結束。t4－t2=tg

稱為換流時間。保證晶閘管的可靠關斷晶閘管需一段時間才能恢復正向阻斷能力，換流結束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時間tb。tb=t5-t4應大于晶閘管的關斷時間tq。。io在t3時刻，即iVT1=iVT2時刻過零，t3時刻大體位于t2和t4的中點。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4圖4－13并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形為了保證可靠的換相，應在負載電壓uo過零前

時刻去觸發(fā)VT2、VT3。

稱為觸發(fā)前引時間。從圖4.13，可得

，而負載電流io超前負載電壓uo的時間把t表示為電角度（弧度）可得式中，為負載的功率因數(shù)角，為電路工作的角頻率，、分別為、對應的電角度。如果忽略換流過程，則輸出的負載電流io為180°方波，將io分解為傅里葉級數(shù)，得其基波的有效值為逆變電路的輸入有功功率為逆變電路的輸出有功功率為（當電壓為正弦波，電流為非正弦波時）如忽略逆變電路的功率損耗，則可得根據上式可知，調節(jié)輸入直流電壓Ud或改變負載功率因數(shù)角，就可以改變輸出電壓有效值的大小。4.3.2電流型三相逆變電路1)

電路分析基本工作方式是120°導電方式－每個臂一周期內導電120°，每個時刻上下橋臂組各有一個臂導通，換流方式為橫向換流。電流型三相逆變電路的基本工作方式為120

導電方式，即一個周期中同一相（同一半橋）的上、下橋臂各自導通120，其余120上下橋臂都截止（即每個GTO在一個周期內導通120）。VT1~VT6每隔60按順序導通。因此在一個周期分六個時間區(qū)，每個時間區(qū)為60則每個時間區(qū)導通的GTO的情況如下表4.1所示。表4.1電流型三相逆變電路開關器件導通情況輸出電流的波形為120方波，按照傅里葉級數(shù)展開得其基波有效值

：可見，電流型三相逆變電路輸出電流波形含有很多諧波成分，如果負載為電阻性負載，則負載上電壓波形與電流波形一致。對于實際應用中的大部分為阻感負載，負載上的電壓近似正弦波。串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路主要用于中大功率交流電動機調速系統(tǒng)。是電流型三相橋式逆變電路。各橋臂的晶閘管和二極管串聯(lián)使用。120°導電工作方式強迫換流方式，電容C1~C6為換流電容。換流過程分析電容器所充電壓的規(guī)律：對于共陽極晶閘管，它與導通晶閘管相連一端極性為正，另一端為負，不與導通晶閘管相連的電容器電壓為零。等效換流電容概念：分析從VT1向VT3換流時，圖的C13就是圖4－14中的C3與C5串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的等效電容。分析從VT1向VT3換流的過程:

假設換流前VT1和VT2通，C13電壓左正右負。如圖。換流階段分為恒流放電和二極管換流兩個階段。t1時刻觸發(fā)VT3導通，VT1被施以反壓而關斷。Id從VT1換到VT3，C13通過VD1、U相負載、W相負載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段。如圖4－16b。uC13下降到零之前，VT1承受反壓。+-UVW+-UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13Id-+UVW-+UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13iViViU=Id-iVt2時刻uC13降到零，之后C13反向充電。忽略負載電阻壓降，則二極管VD3導通，電流為iV，VD1電流為iU=Id-iV，VD1和VD3同時通，進入二極管換流階段。隨著C13電壓增高，充電電流漸小，iV漸大，t3時刻iU減到零，iV=Id，VD1承受反壓而關斷，二極管換流階段結束。

t3以后，VT2、VT3穩(wěn)定導通階段。4.4逆變電路的脈沖寬度調制技術

——PWM逆變電路

4.4.1PWM控制的基本原理

4.4.2逆變電路PWM波形產生方法

4.4.3橋式SPWM逆變電路

4.4.4SPWM逆變電路調制信號的調制方式4.4.5PWM逆變電路控制信號的產生

52PWM控制技術?

引言脈沖寬度調制技術

(PulseWidthModulation,PWM)就是對脈沖的寬度進行調制的技術：即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。PWM逆變電路是指利用全控型器件的通斷，按一定的規(guī)律對逆變電路輸出的脈沖寬度進行調制，即可改變輸出電壓的大小，也可改變輸出電壓的頻率。

特點：可以得到和正弦波近似等效的輸出波形，減少了諧波，功率因數(shù)高，動態(tài)響應快，而且逆變電路的結構簡單。534.4.1PWM控制的基本原理1）重要理論基礎——面積等效原理54沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量窄脈沖的面積效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)f(t)d(t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf(t)f(t)f(t)55具體的實例說明“面積等效原理”a）u(t)－電壓窄脈沖，是電路的輸入。

i(t)－輸出電流，是電路的響應。

56Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波Ouωt>脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化的PWM波形57若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波Ouωt>58OwtUd-Ud對于正弦波的負半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波為：OwtUd-Ud根據面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實際應用中更為廣泛。單極性PWM控制方式雙極性PWM控制方式59等幅PWM波輸入電源是恒定直流

第5章的直流斬波電路7.2節(jié)的PWM逆變電路

7.4節(jié)的PWM整流電路不等幅PWM波輸入電源是交流或不是恒定的直流

6.1節(jié)的斬控式交流調壓電路

6.4節(jié)的矩陣式變頻電路OwtUd-UdUoωt4.2.1

計算法和調制法601）計算法根據正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據此控制逆變電路開關器件的通斷，就可得到所需PWM波形。本法較繁瑣，當輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結果都要變化。612）調制法輸出波形作為調制信號ur，進行調制得到期望的PWM波。通常采用等腰三角形或鋸齒波作為載波uc。與任一平緩變化的調制信號波相交，在交點控制器件通斷，就得到寬度正比于信號波幅值的脈沖。單極性PWM控制方式（單相橋逆變）62ur正半周：V1保持通，V2保持斷當ur>uc時使V4通，V3斷，uo=Ud。當ur<uc時使V4斷，V3通，uo=0。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷。Ur負半周：

V1保持斷，V2保持通。當ur<uc時使V4斷，V3通，uo=-Ud。當ur>uc時使V4通，V3斷，uo=0。63雙極性PWM控制方式（單相橋逆變）當ur>uc時，給V1和V4導通信號，給V2和V3關斷信號。如io>0，V1和V4通，

如io<0，VD1和VD4通，

uo=Ud。當ur<uc時，給V2和V3導通信號，給V1和V4關斷信號。如io<0，V2和V3通，

如io>0，VD2和VD3通，

uo=-Ud。圖7-6雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷。64圖7-5雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖7-5單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud

對照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調制，也可采用雙極性調制，由于對開關器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。65雙極性PWM控制方式（三相橋逆變）圖三相橋式PWM型逆變電路三相的PWM控制公用三角波載波uc三相的調制信號urU、urV和urW依次相差120°66下面以U相為例當urU>uc時，給V1導通信號，給V4關斷信號，uUN’=Ud/2。當urU<uc時，給V4導通信號，給V1關斷信號，uUN’=-Ud/2。當給V1(V4)加導通信號時，可能是V1(V4)導通，也可能是VD1(VD4)導通。67uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2兩種電平。uUV波形可由

uUN’-uVN’得出，當1和6通時，uUV=Ud;

當3和4通時，uUV=－Ud;

當1和3或4和6通時，uUV=0。負載相電壓PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5種電平組成。68防直通的死區(qū)時間同一相上下兩臂的驅動信號互補，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由開關器件的關斷時間決定。死區(qū)時間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。694.4.4異步調制和同步調制70根據載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調制方式分為異步調制和同步調制。通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比N是變化的信號波一周期內輸出脈沖數(shù)不固定、不對稱。當fr較低時，M較大，一周期內脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產生的不利影響都較小當fr增高時，M減小，一周期內的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大載波比載波頻率fc與調制信號頻率fr之比，M=fc/fr1）異步調制載波信號和調制信號不同步的調制方式

采用異步調制時，希望采用較高的載波頻率，以使在信號波頻率較高時仍能保持較大的載波比。712）

同步調制——載波信號和調制信號保持同步的調制方式，當變頻時使載波與信號波保持同步，即M等于常數(shù)。基本同步調制方式，fr變化時M不變，信號波一周期內輸出脈沖數(shù)固定。fr很低時，fc也很低，由調制帶來的諧波不易濾除。fr很高時，fc會過高，使開關器件難以承受。723）分段同步調制——異步調制和同步調制的綜合應用。把整個fr范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內保持M恒定，不同頻段的N不同。在fr高的頻段采用較低的M，使載波頻率不致過高；在fr低的頻段采用較高的M，使載波頻率不致過低。為防止fc在切換點附近來回跳動，采用滯后切換的方法?？稍诘皖l輸出時采用異步調制方式，高頻輸出時切換到同步調制方式，這樣把兩者的優(yōu)點結合起來，和分段同步方式效果接近。4.4.5ＰＷＭ逆變電路控制信號的產生73控制信號ＰＷＭ其實就是一個ＳＰＷＭ波形，那么這個控制信號ＳＰＷＭ波形是如何產生的呢？采用模擬電路產生采用微處理器產生采用專門的ＳＰＷＭ芯片產生控制信號ＳＰＷＭ波形的產生實現(xiàn)方法總體來說可分為３類：741）采用模擬電路產生752）采用微處理器軟件產生①采用表格法生成ＳＰＷＭ波形。即在整個變頻范圍內，根據不同的載波比，離線計算出幅值為１的正弦波相應的通斷時刻點，作為表格存入計算機內存中。運行時按照一定時間間隔讀取數(shù)據，并輸出得到ＳＰＷＭ波形。正弦波頻率的改變通過讀取數(shù)據和時間間隔實現(xiàn)，正弦波幅值的改變通過查表數(shù)據上一個幅值調制系數(shù)來實現(xiàn)。但是這樣在調頻范圍內有多少個Ｎ值就需要多少張基準正弦函數(shù)表，使得占用內存大。②通過軟件實時計算生成ＳＰＷＭ波形。它是根據數(shù)學模型，實時計算出開關器件的通斷時刻。它又可分為自然采樣法和規(guī)則采樣法。763）采用專門的ＳＰＷＭ芯片產生上述應用微處理器軟件產生的ＳＰＷＭ波形，其效果受到指令功能、儲存容量、運算速度和兼顧系統(tǒng)控制算法的限制，有時難以很好地實現(xiàn)實時性，特別是很難適應高頻開關的要求。隨著微電子技術的發(fā)展，很多廠商都開發(fā)研制了多種專門產生ＳＰＷＭ控制信號的集成芯片。例如HEF4752、ＳＬＥ４５２０、ＭＡ818（828／838）、SA4828(8281/8282）、ＳＭ２００１、ＺＰＳ１０１等。采用這些芯片可以很方便地得到ＳＰＷＭ控制信號，且比微處理器軟件產生ＳＰＷＭ控制信號的系統(tǒng)響應時間更快、控制精度更高。4.5逆變電路的應用4.5.1逆變技術的應用領域無源逆變電路的應用十分廣泛，在交通運輸、工業(yè)生產、家用電器、電力系統(tǒng)等各個領域都有大量的應用，下面簡要介紹在各個領域的應用。(1)交通運輸無源逆變電路廣泛應用于電氣化鐵路中，對于交流傳動電動機機車，采用交直交供電方式，把牽引網的交流變?yōu)橹绷?，諸如“動車、高鐵”等交流傳動機車都是采用的三相異步電動機，這需要三相交流變頻電源，因此需要通過逆變器將直流電變換為交流電，并起到調速的作用。另外不管是交流傳動機車或直流機車都需要通過逆變器將直流變換為50Hz工頻的交流電，給列車上其他交流電器設備供電。在航天、船舶上需要將直流電變換為220V、115V等電壓等級交流電，供各類交流用電設備使用，因此需要逆變器進行電能變換。在汽車（特別是新能源汽車中）也大量使用無源逆變電路，比如車載空調系統(tǒng)的壓縮機控制、電動汽車電機驅動裝置等。4.5逆變電路的應用4.5.1逆變技術的應用領域(2)工業(yè)生產在工業(yè)生產中有大量交流電動機，例如風機、水泵、機床、軋機、電梯等場合中交流電機需要由變頻器通過控制交流電機的電壓、電流和頻率來調節(jié)交流電動機轉速，而變頻器的核心部分是無源逆變電路。在工業(yè)中的感應加熱由逆變電路產生中高頻交流電，利用渦流效應使金屬被感應加熱，達到加熱和融化的目的，中頻爐、高頻爐等設備就是感應加熱的典型應用。(3)家用電器在大量的家用電器中逆變電路的使用越來越廣泛，例如變頻空調、洗衣機等家用電器，采用了以逆變技術為核心的變頻裝置的家用電器設備，能有效地提高效率，降低能耗，節(jié)能環(huán)保。(4)電力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的高壓直流輸電（HVDC）、交流柔性輸電（FACTS）、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、不間斷供電電源UPS、應急電源EPS等應用到了逆變電路。①風力發(fā)電。受風力變化的影響，風力發(fā)電機所發(fā)出來的交流電很不穩(wěn)定，并網或直接供給用電設備都非常危險。為此，先將風力發(fā)電機產生的交流電整流為直流電，然后再利用逆變器將其逆變?yōu)榉岛拖辔欢挤€(wěn)定的交流電，回饋送入電網或供用電設備使用。②太陽能發(fā)電。太陽能電池陣列所發(fā)出的電能為直流電，對于離網系統(tǒng)，直接給用電設備供電，但大多數(shù)用電設備是交流設備，所以需要逆變器將直流電變換為交流電；對于并網系統(tǒng)，更是需要逆變器將直流電變換為符合電網要求的交流電，以實現(xiàn)并網。③有源濾波和無功補償。為了消除電網諧波污染，抑制諧波電流，提高供電系統(tǒng)功率因數(shù)，必須對工頻交流電網進行有源濾波和無功補償，而有源濾波和無功補償?shù)暮诵募夹g就是逆變技術。4.5.2逆變電路在靜止無功發(fā)生器中的應用4.5.3無換向器電動機調速系統(tǒng)4.5.4電動汽車空調系統(tǒng)的壓縮機控制圖8.11在線式UPS結構框圖4.5.5不間斷電源中逆變技術的應用UPS中的整流電路4.5.5不間斷電源中逆變技術的應用為了使PWM整流電路在工作時功率因數(shù)近似為1，即要求輸入電流為正弦波且和電壓同相位，可以有多種控制方式，這里采用直接電流控制方式。UPS的逆變器正弦波輸出UPS通常采用SPWM逆變器，UPS輸出有單相輸出，也有三相輸出。下面