交-直-交变频器的构成和控制模式

3.3.1电压源型三相逆变器3.3.2无源逆变电路的控制模式3.3交-直-交变频器的构成和控制模式交-直-交变频器PWM基本原理PWM控制方法3.3.1电压源型三相逆变器180度导电型各区间采用电容滤波直流电源为一电压源电容滤波ABCO负载线电压负载承受的相电压

每个开关管导通180电角度，任何时间有3个管道通。3.3.1电压源型三相逆变器180度导电型线电压的波形180度导电型相电压的波形线电压基波成分的有效值（P88公式3.11）线电压基波成分的有效值（P88公式3.9）3.3.1电压源型三相逆变器120度导电型各区间晶闸管导通情况和各相电压、线电压的数值。每个管道通的电角度为120度，任何瞬间有2个开关管道通。ABCO3.3.1电压源型三相逆变器120度导电型相电压的波形120度导电型线电压的波形3.3.1电流源型三相逆变器电流源型变频器的主电路结构采用电感滤波每个开关管串联一个二极管，确保电流的单方向流动(电流源的电流流动方向不能变化)3.3.1电流源型三相逆变器举例：在桥臂6、1导电时，线电流iC=0，负载电路相当于ZBC和ZCA串联后又与ZAB并联，然后接于电源则流过ZAB的电流是ZBC和ZCA串联支路的两倍

。

设电路工作在120º导电方式，任何时刻有两个功率管工作。波形图：P91-923.3.2无源逆变电路的控制模式

PWM控制的理论基础是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。其中的冲量指窄脉冲的面积；效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

前边讲的逆变，输出信号的幅度是固定的,，要想得到幅度变化的逆变电源，需要调整直流电源的大小。如何根据要求生成功率管的控制信号，形成电压或电流幅度可变的正弦信号？

PWM(脉宽调制)控制技术

PWM控制技术在无源逆变电路中应用最广，实际应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM基本原理思路：用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，将正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等，若用矩形脉冲代替每一等份，脉冲将是等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等的，其宽度按正弦规律变化，这样就得到了无源逆变电路中常见的SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。要改变电路输出的等效正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法就是根据正弦波频率、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，进而得到所需PWM波形。这种方法比较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。计算法如何根据正弦波生成PWM波形单极性SPWM控制方式和双极性SPWM控制方式单极性SPWM控制方式：三角波载波信号uc与正弦波调制信号ur始终保持相同极性

控制原则：在Uc和Ur的交点处控制功率管的开通和关断。VT1与VT2的工作状态相反；VT3和VT4的工作状态相反；在Ur的正半周，V1一直导通，V2一直关断。当Ur>uc时，给VT4开通信号，给VT3关断信号，Uo=Ud；反之相反，Uo=0；Ur的负半周，V1一直关断，V2一直导通。当Ur<uc时，给VT3开通信号，给VT4关断信号，Uo=-Ud；反之相反，Uo=0；二极管的作用：续流调制波调制法

使用等腰三角波uc作为载波信号，期望的正弦波作为调制ur信号。调制电路实际上是一个电压比较器。根据三角波和调制信号大小的不同，输出高电平和低电平。

单极性SPWM控制方式和双极性SPWM控制方式双极性SPWM控制方式，三角波载波信号和正弦波调制信号的极性均为正负交替改变。

双极性

调制波控制原则：与单极性相同。当Ur>uc时，给V1和V4开通信号，给V2、V3关断信号，Uo=Ud；反之，给V1和V4关断信号，给V2、V3开通信号，Uo=-Ud；二极管的作用：续流3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法对于三相桥式逆变器，如图左图所示。三相的PWM控制电路公用一个三角波载波uc，三相的调制信号urA、urB和urC依次相差120。三相PWM控制控制方法：上下两个桥臂的信号互补（以A相为例）：当UrA>Uc,给V1导通控制信号，给V4关断信号，UaN’=Ud/2；当UrA<Uc,给V4导通信号，给V1关断信号，UaN’=-Ud/2。同理可以画出UbN’和UcN‘.线电压确定：用KVL定律求出UAB(UAB+UbN’=UaN’)相电压确定：（1）第一个蓝点之前，上边三个晶闸管通，UAN=0，UBN=0

，故UAB=0；（2）第1和2个蓝点之间：1、5、6通，UAN=Ud/3，UBN=-2Ud/3

，故UAB=Ud；（3）第2和3个蓝点之间，4、5、6通，UAN=-Ud/3=UAN

；故UAB=0（4）第3和4个蓝点之间，2、4、6通，UAN=-0=UAN,故UAB=0；（5）第4和5个蓝点之间，4、5、6通，UAN=-Ud/3…..；依次类推，可得到图（左图中多画出的是UaN’）3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法（2）不存在120度导通或者180度导通型的说法，导通次序不象以前那样有规律可循。相电压确定：第一个蓝点之前，1、3、5通；第1和2个蓝点之间：1、5、6通；第2和3个蓝点之间，4、5、6通；第3和4个蓝点之间，2、4、6通；第4和5个蓝点之间，4、5、6通…..（1）控制方法：上下两个桥臂的信号互补，为防止上下桥臂的直通而造成短路，需要留一小段上下桥臂都关断的死区时间。死区时间的长短主要有开关器件的关断时间确定。死区时间的输出会影响PWM，使的输出偏离正弦波；补充：3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法异步调制：载波信号和调制信号不同步的方式。通常载波信号频率fc固定不变，调制波信号频率fr变化，载波比N是变化的。特点：（1）当在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。（3）是载波信号和调制信号不同步的调制方式。缺点：当N比较小时，不利于模拟正弦波（对称性较差），所以一般情况下N比较大。载波比N：载波信号频率fc/调制信号频率fr。

根据载波信号与调制信号是否同步（时间轴上不是同时开始）以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3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法同步调制同步调制是指载波比N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的调制方式。特点：（1）当fr变化时N不变，信号一个周期内输出的脉冲个数不变。（2）N如何取？取为3的整数倍数，并且取为奇数。

N应该被3整除，这样三相可以相差整数倍，保证三相对称；N取为奇数保证PWM波的对称（正半周两个四分之一周期对称、负半周两个四分之一周期也对称）。(右图中N=9)。缺点：（1）fr频率很低时，fc也很低，由于调制带来的谐波不容易消除；（2）fr频率很高时，fc也很高，使开关器件难以忍受。同步调制三相PWM波形对称线一个完整周期3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法分段同步调制调制频率和载波频率的关系分段同步调制为了克服同步调制的缺点，实用中往往采用分段同步调制的方式。把fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同。在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。为了防止fc在切换点附近来回的跳动，采用类似滞回比较器的方法来控制切换载波比。3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法（利用微机产生PWM信号）

问题，已经知道Uc和Ur表达式，求出对应的切换控制时间点（以图中的两个蓝色点为例）方法1:解方程-自然采样法依据Ur和Uc的表达式，计算高电平持续的脉冲宽度3.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法（利用微机产生PWM信号）