电力电子技术（第2版） 第4章 逆变电路

第4章逆变电路4.1概述4.2电压型逆变电路4.3电流型逆变电路4.4逆变电路的脉冲宽度调制技术—ＰＷＭ逆变电路4.5逆变电路的应用第4章逆变电路•

引言逆变的概念逆变——将输入的直流电变成交流电输出。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。逆变与变频（Inverter）

变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。主要应用各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。本章讲述无源逆变逆变器已广泛运用于各类：通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。4.1概述

4.1.1逆变的基本原理（１）带电阻负载的工作情况分析★开关S1和S4闭合，S2和S3断开时，负载两端方向为左正右负，此时输出电压uo＝Ud，即uo为正值。★开关S1和S4断开，S2和S3闭合，负载两端方向为右正左负，此时输出电压uo＝-Ud，即uo为负值。

①和Ｓ３单相桥式逆变电路模型如果改变上述工作状态的周期Ｔ，即可改变输出交流电的周期，即改变了输出交流电的频率。纯电阻负载：其输出电流和电压成正比S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。直流电交流电（2）带阻感负载的工作情况分析当为阻感负载时，输出电压和电流的波形不同，电流相位滞后于电压。4.1.1逆变电路的基本工作原理逆变电路最基本的工作原理

——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。图4-1逆变电路及其波形举例a)b)tuoiot1t2电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。4.1.2逆变电路的分类（１）按输入电源的特点分类①输入电源（直流侧电源）为恒压源的逆变电路称为电压源型逆变电路，或电压型逆变电路。②输入电源（直流侧电源）为恒流源的逆变电路称为电流源型逆变电路，或电流型逆变电路。（２）按主电路的结构特点分类①半桥式逆变电路。②全桥式逆变电路。③推挽式逆变电路。（３）按输出相数分类①逆变电路输出的交流电是单相电，称为单相逆变电路。②逆变电路输出的交流电是三相电，称为三相逆变电路。（４）按换流方式的不同分类将电流从一个支路向另一个支路转移的过程，称为换流或换相。在t1时刻电流从S1和S4支路转移到了S2和S3支路的过程，称为换流。为实现换流，必须让有的支路的器件从通态变为断态（如图中t1时刻的S1和S4），让有的支路的器件从断态变为通态（如图中t1时刻的S2和S3）。因此，研究换流方式的关键是研究器件的通断。换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相。开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。关断：全控型器件可通过门极关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。研究换流方式主要是研究如何使器件关断。1)器件换流（DeviceCommutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用IGBT

、电力MOSFET

、GTO

、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。2)

电网换流（LineCommutation）电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。3)

负载换流（LoadCommutation）4)强迫换流（ForcedCommutation）外部换流负载换流由负载提供换流电压的换流方式。负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。如图是基本的负载换流电路，4个桥臂均由晶闸管组成。整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。直流侧串电感，工作过程可认为id

基本没有脉动。负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小。所以uo接近正弦波。?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT44)强迫换流（ForcedCommutation）设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。4.1.3逆变装置的性能指标逆变电路的输出交流波形总是偏离理想的正弦波，除了含有基波分量外，还含有谐波分量。（１）谐波的定义通常总是希望交流电压和交流电流呈现出正弦波，正弦波电压可表示为式中：※

当正弦波电压施加在线性无源元件电阻、电感和电容上时，其电流为同频率正弦波。※

当正弦波电压施加在非线性电路上时，电流就变为非正弦波。※

当非正弦波电压施加在线性电路上时，其电流也为非正弦波。对于非正弦电压，周期为（一般满足狄里赫利条件，则可分解为如下形式的傅里叶级数：其中：或在式中，频率与工频相同的分量称为基波分量；

频率为基波频率整倍的分量称为谐波分量；

谐波频率和基波频率的整数比值的大小就称为谐波的次数。（２）谐波系数HF（ＨarmonnicFactor）

为了表征一个实际波形中第n次谐波与基波相比的相对值，引入谐波系数HF。第n次谐波系数HFn为

式中，

为第n次谐波电压有效值，

为基波电压有效值。

(3)总谐波畸变系数THD（TotalHarmonicdistortionFactor）

总谐波畸变系数THD。定义为

对于理想正弦波而言，

。

(4)畸变系数DF（DistortionFactor）

为了表征一个实际波形中每一次谐波分量对波形畸变的影响程度，引入畸变系数DF。

对于第n次谐波的畸变系数DFn为:

(5)最低次谐波LOH（Lowest-OrderHarmonic）

最低次谐波LOH定义为与基波频率最接近的谐波。

4.2电压型逆变电路

4.2.1

电压型单相逆变电路

4.2.2

电压型三相逆变电路4.2电压型逆变电路

在电压型逆变电路中，为给直流侧提供恒压源，在直流侧并联大电容，由于电容两端电压不能突变，使得直流侧电压基本无脉动，相当于恒压源。

4.2.1电压型单相逆变电路

(1)电压型单相半桥逆变电路

电压型单相半桥逆变电路，它主要由两个导电桥臂构成，每个导电桥臂由一个全控型器件（这里选用IGBT）和反向并联的二极管构成。

1）带电阻负载的工作情况图4.4电压型单相半桥逆变电路及其工作波形2）带阻感负载的工作情况通过上述分析可知，

当V1或V2导通时，负载电流和电压方向相同，直流侧向负载提供能量；

而当VD1和VD2导通时，负载电流和电压方向相反，负载电感中储存的能量向直流侧反馈，即感性负载将其吸收的无功能量反馈回直流侧。

反馈的能量暂时储存在直流侧的电容器中，可见直流侧的电容器起着缓冲无功能量的作用。

二极管VD1和VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，故称为反馈二极管；又由于VD1和VD2使的负载电流连续，故又可称为续流二极管。

通过上述分析可知，电压型单相半桥逆变电路，无论是电阻负载还是阻感负载，其输出电压的波形均为180°方波，其幅值为Ud/2。输出电压的有效值为：

将uo分解为傅里叶级数，得：其中，基波和各次谐波的幅值为：基波和各次谐波的有效值为电压中仅含奇次谐波，各次谐波值与谐波次数成反比，且与基波值的比值为谐波次数的倒数。4.2.1单相电压型逆变电路优点：电路简单，使用器件少。缺点：输出交流电压幅值为Ud/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。2)全桥逆变电路共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。两对桥臂交替导通180°。输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。其以上分析可知输出电压uo的波形和半桥逆变电路uo的波形，形状相同，均为180°方波，只是幅值增大一倍为Ud。因此输出电压的有效值为Ud。

将uo分解为傅里叶级数，得：其中，基波和各次谐波的幅值为：基波和各次谐波的有效值为【例4.1】电压型单相全桥逆变电路如图所示，其输出电压uo为180°方波，输入直流电压为200V，负载中

，，逆变频率为工频。试求输出电压基波幅值和有效值、输出电压第5次谐波的有效值、输出电流基波的有效值。

解：输出电压基波幅值为：输出电压基波有效值为：输出电压第5次谐波有效值为：输出电流基波的有效值为：4.2.1单相电压型逆变电路阻感负载时，还可采用移相的方式来调节输出电压－移相调压。a)tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouoV3的基极信号比V1落后q

（0＜q

＜180°）。V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180°－q。输出电压是正负各为q的脉冲。改变q就可调节输出电压。V1、V4V1、VD3VD2、VD3V2、V3V2、VD4VD1、VD4(3)电压型推挽式单相逆变电路

图4.8电压型推挽式单相逆变电路三相交流电三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力系统。

120º30º150ºu2uaubuc4.2.2三相电压型逆变电路180°导电方式每个桥臂的导电180°，同一相上下2个桥臂交替导电，各相开始导电角度相差120°。任一瞬间，3个桥臂同时导通，可能是上1下2个臂，也可能是上2个下1个臂同时导通。每次换流（隔60º）都是在同一相上下2个桥臂之间进行的，被称为纵向换流。在0<ωt≤π/3期间V1、V5、V6施加驱动。负载电流经V1、V5被送到U和W相负载上，然后经V相负载和V6流回电源。在ωt=π/3时刻，撤除V5的驱动，V5关断由于感性负载电流不能突变，W相电流将由与V2反并联的二极管VD2提供。当V5被关断时，不能立即导通V2，以防止V5、V2同时导通造成短路，必须保证有一段死区时间或互锁延迟时间。V2被施加正向驱动。当VD2中续流结束时，W相电流反向经V2流回电源。此时负载电流由电源送出，经V1和U相负载，然后分流到V和W相负载，分别经V6和V2流回电源。在ωt=2π/3时刻，撤除V6的驱动，V6关断，V相电流由VD3续流。V6经互锁延迟时间后，V3被施加驱动脉冲。当续流结束时，V相电流反向经V3流入V相负载。此时电流由电源送出，经V1和V3及U、V相负载回流到W相。仿此，可以分析整个周期中各管的运行情况。4.2.2三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3图4-10电压型三相桥式逆变电路的工作波形

◆把上面各式相加并整理可求得设负载为三相对称负载，则有uUN+uVN+uWN=0，故可得

◆负载线电压可由下式求出◆负载各相的相电压分别为

根据图4.10e所示的相电压波形，以U相为例，输出相电压有效值

为，

把按照傅立叶级数展开，

得

式中

，k为自然数。可知，相电压的基波幅值

和基波有效值

分别为其他各次谐波值与基波值的比值为谐波次数的倒数。从图4.10c中可见，输出线电压

为120度方波，其有效值

为

把输出线电压

按照傅立叶级数展开，得可知，线电压的基波幅值

和基波有效值

分别为：电压型逆变电路有以下几个主要特点：

1）直流侧为恒压源，或在直流侧并联大电容，使得直流侧电压基本无脉动，直流侧呈现为低阻抗。

2）由于输入直流侧恒压源的钳位作用，在开关器件的控制下，使得输出电压的波形为矩形波，波形仅与控制信号相关而与负载性质无关。但输出电流的波形和相位与负载的阻抗角相关。

3）负载为阻感负载时，需要将感性负载储存的无功能量反馈回直流侧，直流侧的电容器起着缓冲无功能量的作用，且逆变桥各臂都反并联了反馈二极管，作为反馈无功能量的通道。4.3电流型逆变电路

4.3.1

电流型单相逆变电路

4.3.2

电流型三相逆变电路

4.3.1电流型单相逆变电路(1)电流型单相逆变电路典型应用由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶闸管开通时的di/dt。这种逆变电路常用于金属熔炼、透热等的中频感应加热炉。当桥臂1、4和桥臂2、3交替导通时，负载感应线圈通入中频电流，在感应线圈中产生中频的交变磁场，处于此磁场中的金属材料（相当于导体）产生感应电动势，进而形成很大的涡流引起金属材料发热4.3.1电流型单相逆变电路(2)电流型单相逆变电路工作原理分析工作方式为负载换相。电容C和L、R构成并联谐振电路，工作在略失谐呈容性的情况。输出电流波形接近矩形波，电压波形接近正弦波。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4图4－13并联谐振式逆变电路工作波形2)工作分析一个周期内有两个导通阶段和两个换流阶段。t1~t2：VT1和VT4稳定导通阶段，iｏ=Id，t2时刻前在C上建立了左正右负的电压。t2~t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段。LT使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程。VT2、VT3电流有一个增大过程。4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电。LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到C。+-t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束。t4－t2=tg

称为换流时间。保证晶闸管的可靠关断晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，换流结束后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tb。tb=t5-t4应大于晶闸管的关断时间tq。。io在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4图4－13并联谐振式逆变电路工作波形为了保证可靠的换相，应在负载电压uo过零前

时刻去触发VT2、VT3。

称为触发前引时间。从图4.13，可得

，而负载电流io超前负载电压uo的时间把t表示为电角度（弧度）可得式中，为负载的功率因数角，为电路工作的角频率，、分别为、对应的电角度。如果忽略换流过程，则输出的负载电流io为180°方波，将io分解为傅里叶级数，得其基波的有效值为逆变电路的输入有功功率为逆变电路的输出有功功率为（当电压为正弦波，电流为非正弦波时）如忽略逆变电路的功率损耗，则可得根据上式可知，调节输入直流电压Ud或改变负载功率因数角，就可以改变输出电压有效值的大小。4.3.2电流型三相逆变电路1)

电路分析基本工作方式是120°导电方式－每个臂一周期内导电120°，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，换流方式为横向换流。电流型三相逆变电路的基本工作方式为120

导电方式，即一个周期中同一相（同一半桥）的上、下桥臂各自导通120，其余120上下桥臂都截止（即每个GTO在一个周期内导通120）。VT1~VT6每隔60按顺序导通。因此在一个周期分六个时间区，每个时间区为60则每个时间区导通的GTO的情况如下表4.1所示。表4.1电流型三相逆变电路开关器件导通情况输出电流的波形为120方波，按照傅里叶级数展开得其基波有效值

：可见，电流型三相逆变电路输出电流波形含有很多谐波成分，如果负载为电阻性负载，则负载上电压波形与电流波形一致。对于实际应用中的大部分为阻感负载，负载上的电压近似正弦波。串联二极管式晶闸管逆变电路主要用于中大功率交流电动机调速系统。是电流型三相桥式逆变电路。各桥臂的晶闸管和二极管串联使用。120°导电工作方式强迫换流方式，电容C1~C6为换流电容。换流过程分析电容器所充电压的规律：对于共阳极晶闸管，它与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。等效换流电容概念：分析从VT1向VT3换流时，图的C13就是图4－14中的C3与C5串联后再与C1并联的等效电容。分析从VT1向VT3换流的过程:

假设换流前VT1和VT2通，C13电压左正右负。如图。换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段。t1时刻触发VT3导通，VT1被施以反压而关断。Id从VT1换到VT3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段。如图4－16b。uC13下降到零之前，VT1承受反压。+-UVW+-UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13Id-+UVW-+UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13iViViU=Id-iVt2时刻uC13降到零，之后C13反向充电。忽略负载电阻压降，则二极管VD3导通，电流为iV，VD1电流为iU=Id-iV，VD1和VD3同时通，进入二极管换流阶段。随着C13电压增高，充电电流渐小，iV渐大，t3时刻iU减到零，iV=Id，VD1承受反压而关断，二极管换流阶段结束。

t3以后，VT2、VT3稳定导通阶段。4.4逆变电路的脉冲宽度调制技术

——PWM逆变电路

4.4.1PWM控制的基本原理

4.4.2逆变电路PWM波形产生方法

4.4.3桥式SPWM逆变电路

4.4.4SPWM逆变电路调制信号的调制方式4.4.5PWM逆变电路控制信号的产生

52PWM控制技术•

引言脉冲宽度调制技术

(PulseWidthModulation,PWM)就是对脉冲的宽度进行调制的技术：即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)。PWM逆变电路是指利用全控型器件的通断，按一定的规律对逆变电路输出的脉冲宽度进行调制，即可改变输出电压的大小，也可改变输出电压的频率。

特点：可以得到和正弦波近似等效的输出波形，减少了谐波，功率因数高，动态响应快，而且逆变电路的结构简单。534.4.1PWM控制的基本原理1）重要理论基础——面积等效原理54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。冲量窄脉冲的面积效果基本相同环节的输出响应波形基本相同形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)55具体的实例说明“面积等效原理”a）u(t)－电压窄脉冲，是电路的输入。

i(t)－输出电流，是电路的响应。

56Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ouωt>脉冲的宽度按正弦规律变化的PWM波形57若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ouωt>58OwtUd-Ud对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：OwtUd-Ud根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。单极性PWM控制方式双极性PWM控制方式59等幅PWM波输入电源是恒定直流

第5章的直流斩波电路7.2节的PWM逆变电路

7.4节的PWM整流电路不等幅PWM波输入电源是交流或不是恒定的直流

6.1节的斩控式交流调压电路

6.4节的矩阵式变频电路OwtUd-UdUoωt4.2.1

计算法和调制法601）计算法根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。612）调制法输出波形作为调制信号ur，进行调制得到期望的PWM波。通常采用等腰三角形或锯齿波作为载波uc。与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。单极性PWM控制方式（单相桥逆变）62ur正半周：V1保持通，V2保持断当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud。当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。Ur负半周：

V1保持断，V2保持通。当ur<uc时使V4断，V3通，uo=-Ud。当ur>uc时使V4通，V3断，uo=0。63双极性PWM控制方式（单相桥逆变）当ur>uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如io>0，V1和V4通，

如io<0，VD1和VD4通，

uo=Ud。当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如io<0，V2和V3通，

如io>0，VD2和VD3通，

uo=-Ud。图7-6双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。64图7-5双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图7-5单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud

对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。65双极性PWM控制方式（三相桥逆变）图三相桥式PWM型逆变电路三相的PWM控制公用三角波载波uc三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120°66下面以U相为例当urU>uc时，给V1导通信号，给V4关断信号，uUN’=Ud/2。当urU<uc时，给V4导通信号，给V1关断信号，uUN’=-Ud/2。当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是VD1(VD4)导通。67uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2两种电平。uUV波形可由

uUN’-uVN’得出，当1和6通时，uUV=Ud;

当3和4通时，uUV=－Ud;

当1和3或4和6通时，uUV=0。负载相电压PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5种电平组成。68防直通的死区时间同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定。死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。694.4.4异步调制和同步调制70根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的信号波一周期内输出脉冲数不固定、不对称。当fr较低时，M较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小当fr增高时，M减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大载波比载波频率fc与调制信号频率fr之比，M=fc/fr1）异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式

采用异步调制时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。712）

同步调制——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即M等于常数。基本同步调制方式，fr变化时M不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。723）分段同步调制——异步调制和同步调制的综合应用。把整个fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持M恒定，不同频段的N不同。在fr高的频段采用较低的M，使载波频率不致过高；在fr低的频段采用较高的M，使载波频率不致过低。为防止fc在切换点附近来回跳动，采用滞后切换的方法。可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。4.4.5ＰＷＭ逆变电路控制信号的产生73控制信号ＰＷＭ其实就是一个ＳＰＷＭ波形，那么这个控制信号ＳＰＷＭ波形是如何产生的呢？采用模拟电路产生采用微处理器产生采用专门的ＳＰＷＭ芯片产生控制信号ＳＰＷＭ波形的产生实现方法总体来说可分为３类：741）采用模拟电路产生752）采用微处理器软件产生①采用表格法生成ＳＰＷＭ波形。即在整个变频范围内，根据不同的载波比，离线计算出幅值为１的正弦波相应的通断时刻点，作为表格存入计算机内存中。运行时按照一定时间间隔读取数据，并输出得到ＳＰＷＭ波形。正弦波频率的改变通过读取数据和时间间隔实现，正弦波幅值的改变通过查表数据上一个幅值调制系数来实现。但是这样在调频范围内有多少个Ｎ值就需要多少张基准正弦函数表，使得占用内存大。②通过软件实时计算生成ＳＰＷＭ波形。它是根据数学模型，实时计算出开关器件的通断时刻。它又可分为自然采样法和规则采样法。763）采用专门的ＳＰＷＭ芯片产生上述应用微处理器软件产生的ＳＰＷＭ波形，其效果受到指令功能、储存容量、运算速度和兼顾系统控制算法的限制，有时难以很好地实现实时性，特别是很难适应高频开关的要求。随着微电子技术的发展，很多厂商都开发研制了多种专门产生ＳＰＷＭ控制信号的集成芯片。例如HEF4752、ＳＬＥ４５２０、ＭＡ818（828／838）、SA4828(8281/8282）、ＳＭ２００１、ＺＰＳ１０１等。采用这些芯片可以很方便地得到ＳＰＷＭ控制信号，且比微处理器软件产生ＳＰＷＭ控制信号的系统响应时间更快、控制精度更高。4.5逆变电路的应用4.5.1逆变技术的应用领域无源逆变电路的应用十分广泛，在交通运输、工业生产、家用电器、电力系统等各个领域都有大量的应用，下面简要介绍在各个领域的应用。(1)交通运输无源逆变电路广泛应用于电气化铁路中，对于交流传动电动机机车，采用交直交供电方式，把牵引网的交流变为直流，诸如“动车、高铁”等交流传动机车都是采用的三相异步电动机，这需要三相交流变频电源，因此需要通过逆变器将直流电变换为交流电，并起到调速的作用。另外不管是交流传动机车或直流机车都需要通过逆变器将直流变换为50Hz工频的交流电，给列车上其他交流电器设备供电。在航天、船舶上需要将直流电变换为220V、115V等电压等级交流电，供各类交流用电设备使用，因此需要逆变器进行电能变换。在汽车（特别是新能源汽车中）也大量使用无源逆变电路，比如车载空调系统的压缩机控制、电动汽车电机驱动装置等。4.5逆变电路的应用4.5.1逆变技术的应用领域(2)工业生产在工业生产中有大量交流电动机，例如风机、水泵、机床、轧机、电梯等场合中交流电机需要由变频器通过控制交流电机的电压、电流和频率来调节交流电动机转速，而变频器的核心部分是无源逆变电路。在工业中的感应加热由逆变电路产生中高频交流电，利用涡流效应使金属被感应加热，达到加热和融化的目的，中频炉、高频炉等设备就是感应加热的典型应用。(3)家用电器在大量的家用电器中逆变电路的使用越来越广泛，例如变频空调、洗衣机等家用电器，采用了以逆变技术为核心的变频装置的家用电器设备，能有效地提高效率，降低能耗，节能环保。(4)电力系统在电力系统的高压直流输电（HVDC）、交流柔性输电（FACTS）、风力发电、太阳能发电、不间断供电电源UPS、应急电源EPS等应用到了逆变电路。①风力发电。受风力变化的影响，风力发电机所发出来的交流电很不稳定，并网或直接供给用电设备都非常危险。为此，先将风力发电机产生的交流电整流为直流电，然后再利用逆变器将其逆变为幅值和相位都稳定的交流电，回馈送入电网或供用电设备使用。②太阳能发电。太阳能电池阵列所发出的电能为直流电，对于离网系统，直接给用电设备供电，但大多数用电设备是交流设备，所以需要逆变器将直流电变换为交流电；对于并网系统，更是需要逆变器将直流电变换为符合电网要求的交流电，以实现并网。③有源滤波和无功补偿。为了消除电网谐波污染，抑制谐波电流，提高供电系统功率因数，必须对工频交流电网进行有源滤波和无功补偿，而有源滤波和无功补偿的核心技术就是逆变技术。4.5.2逆变电路在静止无功发生器中的应用4.5.3无换向器电动机调速系统4.5.4电动汽车空调系统的压缩机控制图8.11在线式UPS结构框图4.5.5不间断电源中逆变技术的应用UPS中的整流电路4.5.5不间断电源中逆变技术的应用为了使PWM整流电路在工作时功率因数近似为1，即要求输入电流为正弦波且和电压同相位，可以有多种控制方式，这里采用直接电流控制方式。UPS的逆变器正弦波输出UPS通常采用SPWM逆变器，UPS输出有单相输出，也有三相输出。下面