电力电子(第三版)第4章

电力电子学—电力电子变换和控制技术（第三版）陈坚编著华中科技大学14章直流/交流变换器（逆变器）第四章直流/交流变换器（逆变器）4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3单相逆变器单脉波脉冲宽度控制4.4正弦脉冲宽度调制技术4.5三相逆变电路工作原理4.6大功率逆变电路24章直流/交流变换器（逆变器）第四章直流/交流变换器4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3单相逆变器单脉波脉冲宽度控制4.4正弦脉冲宽度调制技术4.5三相逆变电路工作原理4.6大功率逆变电路34章直流/交流变换器（逆变器）逆变器的类型逆变器输出波形性能指标4.1逆变器的类型和性能指标44章直流/交流变换器（逆变器）逆变器的类型逆变器输出波形性能指标4.1逆变器的类型和性能指标54章直流/交流变换器（逆变器）依据直流电源的特性不同可分为：电压型逆变器VSI电流型逆变器CSICdLdVSI特点：直流输入具有电压源特性，故逆变输出也呈现电压源特性。桥臂不可直通，输出不可短路。CSI特点：直流输入具有电流源特性，故逆变输出也呈现电流源特性。桥臂可直通，输出可短路。CSI应用不广泛的原因：电感储能密度小，导致装置的体积大，笨重。多数全控器件不具备逆阻特性。64章直流/交流变换器（逆变器）按逆变器电路结构不同分为：单相半桥单相全桥推挽逆变三相桥式Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVDT3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4b也称H桥74章直流/交流变换器（逆变器）其它分类方式按输出电压不同分为：1.

恒压恒频型（CVCF：ConstantVoltageConstantFrequency

）2.

变压变频型（VVVF：VariableVoltageVariableFrequency

）3.脉冲电压（电流）型按开关器件不同及换流关断方式不同分类：1.自关断型2.强迫关断型3.电网换流型（有源逆变或负载反电动势换流）4.负载谐振换流型84章直流/交流变换器（逆变器）逆变器的类型逆变器输出波形性能指标4.1逆变器的类型和性能指标94章直流/交流变换器（逆变器）谐波系数HF（HarmonicFactor）总谐波系数THD

（TotalHarmonicDistortion）畸变系数DF（DistortionFactor）最低次谐波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆变器输出波形性能指标104章直流/交流变换器（逆变器）谐波系数HF（HarmonicFactor）总谐波系数THD

（TotalHarmonicDistortion）畸变系数DF（DistortionFactor）最低次谐波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆变器输出波形性能指标114章直流/交流变换器（逆变器）谐波系数HF谐波系数定义：第n次谐波分量的有效值和基波分量的有效值之比。定义公式：HFn=Vn/V1无效成份有效成份越小越好意义：

HF表征了某一次谐波含量相对大小。

124章直流/交流变换器（逆变器）谐波系数HF（HarmonicFactor）总谐波系数THD

（TotalHarmonicDistortion）畸变系数DF（DistortionFactor）最低次谐波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆变器输出波形性能指标134章直流/交流变换器（逆变器）总谐波系数THDTHD定义：所有非基波分量的有效值与基波分量有效值之比。定义公式：

总无效成份有效成份越小越好理想正弦为零意义：

THD表征了实际波形与理想基波正弦分量的差异程度。

公式变形：

144章直流/交流变换器（逆变器）谐波系数HF（HarmonicFactor）总谐波系数THD

（TotalHarmonicDistortion）畸变系数DF（DistortionFactor）最低次谐波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆变器输出波形性能指标154章直流/交流变换器（逆变器）畸变系数DF畸变系数：各次谐波分量经过加权以后的总有效值与基波有效值之比。加权的含义：滤波器对不同的频率分量衰减不同，故滤波后的各谐波分量不再是滤波前的值。应该将滤波器对谐波的衰减效应体现出来。不同类型的滤波器对相同频率的谐波衰减也不同。DF的意义：评估非正弦周期波形经过滤波以后的畸变程度。164章直流/交流变换器（逆变器）DFI：对应一阶滤波器DF的定义式DFII：对应一阶滤波器第n次谐波经过滤波器后，衰减为原来的1/n2第n次谐波经过滤波器后，衰减为原来的1/n174章直流/交流变换器（逆变器）谐波系数HF（HarmonicFactor）总谐波系数THD

（TotalHarmonicDistortion）畸变系数DF（DistortionFactor）最低次谐波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆变器输出波形性能指标184章直流/交流变换器（逆变器）最低次谐波LOH最低次谐波：距离基波频率最近的谐波关注LOH的原因：逆变器的滤波器一般具有低通特性，对高次谐波衰减强烈。因此滤波器设计时重点考虑滤波器对最低次谐波的衰减效果。LOH的决定因素：1.调制方式2.开关频率194章直流/交流变换器（逆变器）第四章直流/交流变换器4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3单相逆变器单脉波脉冲宽度控制4.4正弦脉冲宽度调制技术4.5三相逆变电路工作原理4.6大功率逆变电路204章直流/交流变换器（逆变器）4.2电压型单相方波逆变电路工作原理单相半桥逆变电路单相全桥逆变电路变压器中心抽头推挽逆变电路214章直流/交流变换器（逆变器）4.2电压型单相方波逆变电路工作原理单相半桥逆变电路单相全桥逆变电路变压器中心抽头推挽逆变电路224章直流/交流变换器（逆变器）单相半桥逆变原理（电阻负载）电容很大，近似认为电容电压不变。电容相等，电压均分。T1、T2周期性交替通、断，产生交变的VanT1驱动导通时，T2关断。2.T2驱动导通时，T1关断Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD234章直流/交流变换器（逆变器）单相半桥逆变原理（纯电感负载）T1驱动导通时，T2关断。2.

T2驱动导通时，T1关断电流为什么没有直流分量？Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD244章直流/交流变换器（逆变器）单相半桥逆变原理（阻感负载）Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD254章直流/交流变换器（逆变器）4.2电压型单相方波逆变电路工作原理单相半桥逆变电路单相全桥逆变电路变压器中心抽头推挽逆变电路264章直流/交流变换器（逆变器）单相全桥逆变原理（电阻负载）T1、T4一组，T2、T3一组两组器件周期性交替通、断产生交变的VabT1、T4驱动导通，T2、T3关断T2、T3驱动导通，T1、T4关断T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid274章直流/交流变换器（逆变器）单相全桥逆变原理（电感负载）T1、T4通，T2、T3断时。T2、T3通，T1、T4断时。iam=VD/4fL

T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid284章直流/交流变换器（逆变器）单相全桥逆变原理（阻感负载）T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid294章直流/交流变换器（逆变器）4.2电压型单相方波逆变电路工作原理单相半桥逆变电路单相全桥逆变电路变压器中心抽头推挽逆变电路单相全桥逆变原理（阻感负载）304章直流/交流变换器（逆变器）推挽逆变电路仅二个开关T1、T2轮流导电180度开关管断态电压高一倍2VD

要输出变压器适用于低压小功率、须隔离的应用314章直流/交流变换器（逆变器）第四章直流/交流变换器4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3单相逆变器单脉波脉冲宽度控制4.4正弦脉冲宽度调制技术4.5三相逆变电路工作原理4.6大功率逆变电路324章直流/交流变换器（逆变器）通过输入直流调压：以上两种调压方式均需要可控的直流输入334章直流/交流变换器（逆变器）逆变器本身调压：180°不可调压单脉冲调制调压多脉冲调制调压344章直流/交流变换器（逆变器）单脉冲调压方式θNωt0.5VD-0.5VDVan

T1、T2桥臂输出电压波形T3、T4桥臂输出电压波形ωtVbn0.5VD-0.5VDT1、T2桥臂按180°方式开关T3、T4桥臂按180°方式开关两桥臂驱动信号错开θ角Vab=Van-Vbnθ

全桥电路输出电压Vab的波形ωtVabVD-VD输出电压大小：改变移相角θ，也就调节了输出电压电压。故也称移相调压nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bidVD/2354章直流/交流变换器（逆变器）单脉冲调压的电压调节特性基波幅值：谐波幅值：输出电压大小平滑可调输出基波频率可调低次谐波幅值大，滤除困难。364章直流/交流变换器（逆变器）第四章直流/交流变换器4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3单相逆变器单脉波脉冲宽度控制4.4正弦脉冲宽度调制技术4.5三相逆变电路工作原理4.6大功率逆变电路374章直流/交流变换器（逆变器）4.4正弦脉冲宽度调制技术

SPWM基本原理双极性SPWM调制单极性SPWM调制规则采样SPWMSPWM的谐波特性384章直流/交流变换器（逆变器）4.4正弦脉冲宽度调制技术

SPWM基本原理双极性SPWM调制单极性SPWM调制规则采样SPWMSPWM的谐波特性指定谐波消除调制394章直流/交流变换器（逆变器）冲量等效原理大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要它们的冲量（面积），即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。换而言之，无论冲量的表现形式如何，只要是冲量等效的脉冲作用在惯性系统上，惯性系统的输出或响应是基本相同的。正弦形电压正弦电流正弦等效窄脉冲序列正弦电流404章直流/交流变换器（逆变器）基于冲量等效原理的直接SPWMαKDK按正弦规律变化，故脉冲面积按正弦规律变化M：调制比输出电压基波与M成正比：414章直流/交流变换器（逆变器）4.4正弦脉冲宽度调制技术

SPWM基本原理

双极性SPWM调制单极性SPWM调制规则采样SPWMSPWM的谐波特性指定谐波消除调制424章直流/交流变换器（逆变器）双极性SPWM脉冲生成T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid434章直流/交流变换器（逆变器）双极性SPWM的脉冲面积T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid444章直流/交流变换器（逆变器）双极性SPWM的特性基波特性：基波大小与调制比M成正比谐波波特性：消除了低次谐波，3,5,7….等次谐波没有了。LOH在开关频率附近，载波比N越大，LOH越高，有利于滤波。谐波幅值可以与基波相比较甚至更大。（THD会如何？）如果M大于1会怎样？454章直流/交流变换器（逆变器）SPWM的优点00.5π-101π1.5π2π0.4πTHD=65.5%V1m=0.748VD单脉冲宽度调制滤波前波形10-100.5ππ1.5π2πTHD=160%V1m=0.748VDN=50双极性SPWM滤波前波形3Ω2mH50μf由于SPWM的谐波频率高，滤波器对其有强烈的衰减作用单脉冲宽度调制滤波后波形0.5π2π0-101πTHD=52.4%V1m=0.74VD1.5πTHD=4.83%V1m=0.74VD0.8-0.8000.5ππ2π双极性SPWM滤波后波形1.5π464章直流/交流变换器（逆变器）4.4正弦脉冲宽度调制技术

SPWM基本原理双极性SPWM调制单极性SPWM调制规则采样SPWMSPWM的谐波特性指定谐波消除调制474章直流/交流变换器（逆变器）单极性SPWM脉冲生成nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bidVD/2484章直流/交流变换器（逆变器）单极性SPWM脉冲面积nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bidVD/2494章直流/交流变换器（逆变器）单极性SPWM特点N=7时，基波与谐波相对值基波特性：基波大小与调制比M成正比谐波波特性：消除了低次谐波，3,5,7….等次谐波没有了。谐波幅值仍然可以与基波相比较甚至更大。LOH在两倍开关频率附近，比双极性SPWM优越。最低次谐波频率提高一倍，相当于单极性调制两倍开关频率的效果，所以也称单极倍频SPWM。504章直流/交流变换器（逆变器）4.4正弦脉冲宽度调制技术

SPWM基本原理双极性SPWM调制单极性SPWM调制

规则采样SPWMSPWM的谐波特性指定谐波消除调制514章直流/交流变换器（逆变器）规则采样SPWM，

，

不对称规则采样：对称规则采样：差异：不对称规则采样的脉宽计算量、采样频率是对称规则采样的2倍不对称调制的采样频率是开关频率的2倍。不对称规则采样的谐波比对称规则采样小。524章直流/交流变换器（逆变器）4.4正弦脉冲宽度调制技术

SPWM基本原理双极性SPWM调制单极性SPWM调制

规则采样SPWMSPWM的谐波特性指定谐波消除调制534章直流/交流变换器（逆变器）双极性SPWM谐波特性基波的频率、相位均与调制波或参考波相同，基波幅值为MVD。输出波形不含载波偶次倍频谐波。谐波间隔为两倍基波频率，奇次载频两侧为偶此边带谐波，偶次载频两侧为奇次边带谐波。0