电力电子技术第三章

第三章直流—交流变换技术

主讲：李善寿电话:0551-351314电力电子技术目前一页\总数九十八页\编于十六点3.1概述一、逆变概念逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变；交流侧接负载，为无源逆变；本章讲述无源逆变。二、逆变器的分类（1）按功率器件分：半控器件逆变电路、全控器件逆变电路（2）按输出波形分：方波输出逆变器、正弦波输出逆变器、其他输出波形逆变器目前二页\总数九十八页\编于十六点3.1概述（3）按输入直流电源形式分：电压源逆变器、电流源逆变器三、逆变器的工业应用变频变压电源VVVF，即变频器。通常用于交流电动机调速；恒频恒压电源CVCF，典型代表是UPS，以及其它的各种电源；感应加热用交流电源，要求频率可以在一定范围内变化。目前三页\总数九十八页\编于十六点3.1概述四、常用逆变电路结构常用结构分为：推挽、半桥、全桥三种（1）推挽逆变电路目前四页\总数九十八页\编于十六点3.1概述VT2导通，变压器一次侧两个绕组的同名端电压极性为正，负载侧两端电压为上正下负，而同时由于VT2导通、VT1截止，有：VT2和VT1均没有触发信号，都不导通，变压器二次绕组没有感应电压，负载两端电压为0，且VT2和VT1两端电压都为Ui。VT1有门极信号可以触发导通，因此变压器一次侧两个绕组的同名端电压极性为负，负载侧两端电压为上负下正，而同时由于VT1导通、VT2截止，有：目前五页\总数九十八页\编于十六点3.1概述（2）半桥逆变电路目前六页\总数九十八页\编于十六点3.1概述（1）VT1和VT2在一个周期内交替导通，各自导通半个周期。输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。（2）此电路所带负载为感性负载，所以电流输出波形滞后电压一定角度。如图所示，在t2时刻前，VT1导通、VT2关断，t2时刻VT2开通、VT1关断，但是由于所带负载是感性负载，所以电流不能立刻反向，先通过VD2续流一直到电流达到零为止，此时VD2截止、VT2正式开通，电流反向。其余工作过程类似。目前七页\总数九十八页\编于十六点3.1概述（3）全桥逆变电路目前八页\总数九十八页\编于十六点一、基本电路结构3.2单相方波逆变电路目前九页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路

二、理想条件假定1、器件特性理想：功率器件无损耗、无延时，开关状态切换瞬间完成；随着技术进步，实际器件与理想状况差别越来越小。2、电源特性理想：逆变能量来源为理想直流电压源；实际电路是低内阻大容量直流母线电容来逼近的。3、电路特性理想：逆变电路忽略分布、寄生参数的影响，连接线为理想零阻抗；实际电路采用材料和电路布局的改善来逼近这种状态。4、负载特性理想：负载为理想线性元件，电阻无寄生电感和电容，电抗器无损耗和饱和，电容器无等效串并联电阻和电感。实际线性负载在一定范围内可以视为理想。目前十页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路三、电路分析的目的1、理解逆变的工作原理2、了解器件工作中的状态（电压、电流波形）3、分析相关电流、电压的数值关系四、电路工作分析1、波形控制规律（1）VT1、VT3和VT2、VT4分为两个工作组，工作状态（开通和关断）互补。（2）假定输出交流电周期为T，则VT1、VT3和VT2、VT4分别工作T/2时间，即开通和关断时间分别为T/2。目前十一页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路2、电路工作波形分析（1）各桥臂由MOSFET与反并二极管组成，当MOSFET一旦开通，桥臂可以正反向流动电流，此时桥臂可以视为短路；在0～期间，VT1、VT3开通，；～2期间，VT2、VT4开通，；一个周期内电压平均值为零（直流分量为零），因此负载上电流波形的直流分量也为零，稳态时电流瞬时值必然有正有负，各半周期的电流起始值与电流终值必然方向相反。（2）0～1时段，ug1、3>0，VT1、VT3开通，对于电感负载，电流滞后，此时VD1、VD3续流，电流方向：A－VD1－Cd－VD3－B，由于二极管续流存在，VT1、VT3实际不能导通；ug2、4=0，VT2、VT4关断。目前十二页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路

（3）1~时段，ug1、3>0，电流过零，VT1、VT3正常开通，电流方向：VT1－A－B－VT3，形成负载电流正半波；ug2、4=0，VT2、VT4关断。（4）~2时段，ug1、3=0，VT1、VT3关断，ug2、4>0，VT2、VT4开通，对于电感负载，电流滞后，此时VD2、VD4续流，电流方向：B－VD2－Cd－VD4－A,由于二极管续流存在，VT2、VT4实际不能导通。（5）2~2时段，ug2、4>0，电流过零，VT2、VT4正常开通，电流方向：VT2－B－A－VT4，形成负载电流负半波；ug1、3=0，VT1、VT3关断。目前十三页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路目前十四页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路3、相关参数计算（1）按傅立叶级数展开分析，输出电压：（2）基波电压幅值：（3）基波电压有效值：（4）基波电压增益：

目前十五页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路（5）谐波失真度：其中：为基波幅值的标么值（6）输入电流分析a、电流波形正负幅值相等

0～期间：

R～L电路电流的三要素法公式：目前十六页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路～2期间：

由于输入电压的平均值为零（直流分量为零），输出电流的直流分量亦为零。则：目前十七页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路b、电流幅值计算在时刻有：目前十八页\总数九十八页\编于十六点3.2单相方波逆变电路4、方波逆变电路的特点（1）方波逆变电路输出为交变方波，各占50%周期，与负载性质无关，在电路和参数确定情况下，输出电压形状和幅值都不可调节；（2）输出电压谐波含量丰富。方波输出除基波外还包含奇次谐波，第n次谐波的幅值与其频率成反比。谐波含量高的逆变器如果用于电机驱动，会造成定子谐波电流铜损明显增加和较大幅度转矩脉动；（3）直流电压利用率较高，基波电压增益的物理意义是表示一定幅值的直流电压可以逆变产生的交流输出电压基波有效值，又称作直流电压利用率。目前十九页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制一、单相方波逆变的输出电压控制的基本方法调节直流母线电压：可以通过相控整流或者整流后加DC-DC变换器来实现；移相调压控制：两套方波逆变器通过变压器进行串联移相调压或通过移相调压全桥逆变电路实现。方波PWM电压控制：在输出方波电压中加入脉宽调制波，调节输出电压的平均值，从而调节输出电压目前二十页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制二、两级调压逆变电路电路结构电路特点优点：分级调压、调频，调节方便；缺点：电路结构复杂，效率低。DC/DC变换DC/AC变换UdcUdUac目前二十一页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制三、电流连续工作状态下移相调压控制1、移相调压的工作原理

ug1、ug4互补输出，ug2、ug3互补输出，但两组信号的相位在0～之间可调，输出脉宽可以变化，从而调节输出电压基波和有效值。（1）ωt＝0时刻开始，0～θ1时间段：此时ug1,3>0、ug2,4=0，VT1、VT3所在桥臂导通，由于是感性负载，电流滞后，此时负载电流与电压反向，因此VD3、VD1导通，负载电感储能向直流母线回馈，负载电流绝对值按照指数规律下降，直到θ1时刻负载电流过零，负载电压Uo＝+Ud，直流母线的输入电流与负载电流相同。目前二十二页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制目前二十三页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制（2）θ1时刻开始，θ1～θ2时间段：此时ug1,3>0、ug2,4=0，VT1、VT3所在桥臂导通，负载电流由VD3、VD1转换到VT3、VT1，负载电流按照指数规律正向增大，负载电压Uo＝+Ud，直流母线的输入电流与负载电流相同。（3）θ2时刻开始，θ2～θ3时间段：此时ug1,2>0、ug3,4=0，VT1、VT2所在桥臂导通，由于电感的续流作用，负载电流由VT3切换到VD2，VT1继续导通，此时负载被VT1、VD2“短路”，负载电感储能在负载电阻中消耗，io以较小的斜率指数下降，负载电压Uo＝0，直流母线的输入电流为0。目前二十四页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制（4）θ3时刻开始，θ3～θ4时间段：此时ug1,3=0、ug2,4>0，VT2、VT4所在桥臂导通，由于电感的续流作用，负载电流由VD2、VT1转换到VD2、VD4，负载电感储能向直流母线回馈，负载电流按照指数规律下降，直到θ4时刻负载电流过零，负载电压Uo＝-Ud，直流母线输入电流与负载电流相反。（5）θ4时刻开始，θ4～θ5时间段：此时ug1,3=0、ug2,4>0，VT2、VT4所在桥臂导通，负载电流由VD2、VD4切换到VT2、VT4，负载电流按照指数规律反向增加，负载电压Uo＝-Ud，直流母线输入电流与负载电流相反。目前二十五页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制（6）θ5时刻开始，θ5～θ6时间段：此时ug1,2=0、ug3,4>0，VT3、VT4所在桥臂导通，由于电感的续流作用，负载电流由VT2切换到VD3，VT4继续导通，此时负载被VT4、VD3“短路”，负载电感储能在负载电阻中消耗，io的绝对值以较小的斜率指数下降，负载电压Uo＝0，直流母线输入电流为0。目前二十六页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制2、方波移相调压逆变电路的输出电压分析（1）输出电压波形特点Uo＋Ud－Ud目前二十七页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制（2）输出电压分析 输出电压：（3）谐波分析 各次谐波幅值

各次谐波相对幅值（以、时的为基准值）目前二十八页\总数九十八页\编于十六点目前二十九页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制3、移相全桥逆变电路特点单级电路，结构简单、效率高调节控制信号相位变化，实现调压，实质上是改变输出正负脉冲宽度调节电压，实质上是脉宽调制输出谐波含量仍然很高目前三十页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制四、矩形波调制逆变电压控制1、矩形波调制逆变电路工作原理

输出电压波形正半波时，ug1恒定高电压，VT1恒开通，ug4恒定为低电平，VT4恒定关断，ug2、ug3为互补脉冲输出，其脉冲宽度恒定，脉冲频率可变，从而调节脉宽的占空比，调节输出电压的基波值和平均值。输出电压波形负半波时，ug2恒定高电压，VT2恒开通，ug3恒定为低电平VT3恒定关断，ug1、ug4为互补脉冲输出，控制规律与正半波相同，如图所示。目前三十一页\总数九十八页\编于十六点第二节单相方波逆变电路目前三十二页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制2、矩形波调制电压控制逆变电路的输出电压分析（1）输出电压波形特点矩形波的相对脉宽系数

，为矩形波最大脉宽目前三十三页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制（2）输出电压分析 输出电压：（3）谐波分析 假定斩波周期为TC（频率fC)

；电路工作周期为T（频率f）；则设定载波比为：各次谐波与载波比的关系如下图（，谐波分布图）目前三十四页\总数九十八页\编于十六点目前三十五页\总数九十八页\编于十六点3.3单相方波逆变电路的电压控制3、矩形波调制电压控制逆变电路特点单级电路，结构简单、效率高当值较低的时候，电路谐波含量仍很高当值较高的时候，谐波含量有所下降，但谐波次数仍然很低（低次谐波含量大），且浅控时谐波含量增大。目前三十六页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制一、逆变电路谐波控制的基本方法

通过前面的介绍，方波逆变电路解决了调频、调压等问题，对于如感应加热等应用已经不存在问题，但若将逆变电路应用于电机调速之类的应用场合，存在的主要问题是谐波含量偏高；因此，解决谐波问题是逆变电源应用于调速、UPS等场合的关键。常用的谐波控制方法有：SPWM调制法、电流跟踪法、指定消谐法等多种方法。目前三十七页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制二、SPWM调制技术及其应用1、正弦脉宽调制（SPWM）技术的理论基础

采样控制理论中有一个重要结论：形状不同但面积相等的窄脉冲加之于线性环节时，得到的输出效果基本相同。如图所示，分别是矩形、三角形、正弦半波窄脉冲和理想单位脉冲函数为波形的电压源u(t)施加于R、L负载上的情况，当负载时间常数远大于激励脉冲持续时间时，响应i(t)基本一致，只在上升段有所不同。由于响应持续时间较长的下降段体现了低频成份，持续时间短的上升段体现了响应的高频分量，因此各个响应按傅里叶分析在低频段基本一致，差别存在于高频段。当激励脉冲越窄（或负载惯性常数与脉冲持续时间相差越大），则响应的高频段所占比例愈小，整个响应愈相近。目前三十八页\总数九十八页\编于十六点目前三十九页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制

线性系统周期性窄脉冲群的响应可以等效为各个窄脉冲相应的叠加，这样某一以时间为自变量的激励函数加在惯性环节上的响应可以被等效为按时间段与之面积相等的窄脉冲序列加在同一环节上得到的响应。利用等面积序列脉冲等效正弦半波相应时间段的面积就形成了一系列脉宽随正弦波瞬时值变动的脉冲序列－－即SPWM波，如图所示。开关功率变换器输出为脉冲函数，利用高频SPWM波施加于负载，并配置低通滤波环节就能够产生需要的低频正弦响应－－即SPWM调制技术的基本原理与方法。目前四十页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制2、自然采样法－－产生SPWM波的基本方法按照三角波（或锯齿波、统称为载波）与正弦波（调制波）比较，产生SPWM脉冲序列的方法称为自然采样法。正弦波在不同相位角时其值不同，与三角波相交所得脉冲宽度也不同；当正弦波频率变化和幅值变化时，各个脉冲宽度也相应发生变化。利用模拟电路可以方便的实现这个功能，将正弦波与三角波施加于比较器的两个输入，其输出即为SPWM波，因此这种方法在模拟控制方式中比较常用，但作为数字控制时由于计算工作量大，一般不常用。目前四十一页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制自然采样法示意：uc为三角载波，周期为Tcus为正弦调制波，周期为Ts当us>uc时，输出＋Uo

当us<uc时，输出－Uo一般有：Ts>>Tc

usm≤

ucm目前四十二页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制3、规则采样法（自然采样法的改进－－适合数字控制）规则采样法的原理

以载波周期谷点时刻调制波瞬时值为整个载波周期内调制波的幅值，这样调制波与与载波比较得到SPWM信号的方法称为规则采样法。规则采样法的特点（1）相当于以载波周期谷点时刻调制波瞬时值为基准的阶梯波代替正弦调制波来产生SPWM波；（2）在数字控制系统中，SPWM信号由计算机产生，各个脉冲起始与终止时刻需要实时计算或查表，采用这种方法计算工作量大为减小，因此，在数字控制系统中应用广泛。目前四十三页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制规则采样法示意：

uc为三角载波，周期为Tcus为正弦调制波，周期为Ts以载波周期谷点时刻调制波瞬时值为整个载波周期内调制波的幅值us(t0)当us>uc时，输出＋Uo

当us<uc时，输出－Uo目前四十四页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制

规则采样法的等效示意图目前四十五页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制几个概念SPWM采用的调制波为正弦波，载波uc是峰峰值为2Ucm，频率为fc的三角波幅度调制比：频率调制比（载波比）：目前四十六页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制4、双极性SPWM控制逆变的原理与分析（自然采样法的应用）（1）引入一个固定频率、固定幅值的三角波uc－－三角载波。（2）引入一个与输出频率相同、幅值不超过三角波的正弦波us－－调制波。（3）将调制波与三角载波进行比较，输出一系列脉宽按正弦规律变化的方波－－SPWM波，用来控制桥式逆变器的两组开关。（4）控制方法：

Us>Uc时，VT1、VT3导通，VT2、VT4关断，输出电压+Ud

Us<Uc时，VT2、VT4导通，VT1、VT3关断，输出电压-Ud目前四十七页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制（5）输出波形调频、调压的实现双极性SPWM波的特点：输出基波频率与调制波相同，输出基波电压与幅度调制比相关，输出谐波频率为调制波频率的整数倍。因此，固定三角载波的频率和幅值，改变调制波的频率和幅值就可以改变输出SPWM波中正弦基波的频率和幅值。（6）输出基波电压与直流电压利用率基波电压幅值：

在幅度调制比不超过1时，双极性SPWM的输出电压基波幅值与幅度调制比成正比直流电压利用率：目前四十八页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制目前四十九页\总数九十八页\编于十六点目前五十页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制（7）双极性控制的特点直流电压利用率低，解决的方法是采用过调制或注入谐波调制；开关频率提高是改善输出谐波特性根本办法，但也带来相应的损耗；桥臂互补工作的可靠性问题要求加入“死区时间”，但降低了电路的直流电压利用率并引入理论上没有的低频谐波（3、5、7。。。次谐波）等不良影响。目前五十一页\总数九十八页\编于十六点目前五十二页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制5、单极性SPWM控制逆变的方法（倍频控制的SPWM方法）（1）引入一个固定频率、固定幅值的三角波uc－三角载波。（2）引入一个与输出频率相同、幅值不超过三角波的正弦波us－调制波。（3）将调制波us与三角载波uc进行比较，输出一系列脉宽按正弦规律变化的方波－SPWM波，用来控制桥式逆变器的VT1、VT4，将调制波-us与三角载波uc进行比较，输出一系列脉宽按正弦规律变化的方波－SPWM波，用来控制桥式逆变器的VT2、VT3，根据频谱分析结果，输出波形中除与调制波相同频率的波形幅值较大外，其余的谐波含量主要为与三角载波频率相关的高次谐波，最低为三角载波频率的2倍，由于三角载波频率较高，比较容易滤除。目前五十三页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制（4）控制方法：

us>uc时，VT1导通，VT4关断，输出电压+Ud

us<uc时，VT4导通，VT1关断，输出电压-Ud

-us>uc时，VT2导通，VT3关断，输出电压+Ud-us<uc时，VT3导通，VT2关断，输出电压-Ud例、t1--t2时间段：

us<uc，VT4导通，VT1关断-us<uc，VT3导通，VT2关断因此，VT3、VT4导通，输出电压uAB=0V目前五十四页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制

t3--t4时间段：

us>uc，VT1导通，VT4关断-us<uc，VT3导通，VT2关断因此，VT1、VT3导通，输出电压uAB=Ud

t5--t6时间段：

us>uc，VT1导通，VT4关断-us>uc，VT2导通，VT3关断因此，VT1、VT2导通，输出电压uAB=0

t7—t8时间段：-us>uc，VT2导通，VT3关断

us<uc，VT4导通，VT1关断因此，VT2、VT4导通，输出电压uAB=-Ud目前五十五页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制目前五十六页\总数九十八页\编于十六点第三节单相SPWM逆变电路目前五十七页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制（5）输出波形调频、调压的实现双极性SPWM波的特点：输出基波频率与调制波相同，输出基波电压与幅度调制比相关，输出谐波频率为调制波频率的偶数倍。因此，固定三角载波的频率和幅值，改变调制波的频率和幅值就可以改变输出SPWM波中正弦基波的频率和幅值。（6）输出基波电压与直流电压利用率基波电压幅值：

在幅度调制比不超过1时，单极性SPWM的输出电压基波幅值与幅度调制比成正比直流电压利用率：目前五十八页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制（7）单极性控制的特点输出电压、输入电源电流的谐波性能优于双极性调制其他性能与双极性调制类似。目前五十九页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制6、SPWM调制的相关技术（1）调制方式异步调制载波信号和调制信号不保持同步关系，通常保持载波频率不变，而调制波频率可变，因此载波比（频率调制比）可变，在调制信号半个周期内，脉冲个数、脉冲相位也不固定；正负半周内脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。同步调制载波比（频率调制比）等于常数，在变频时使载波信号和调制信号保持同步。在调制信号半个周期内，脉冲个数、脉冲相位固定；正负半周内脉冲对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也对称。目前六十页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制分段同步调制把逆变电路输出频率分为多个频段，在每个频段内分别采用同步调制，各频段采用不同载波比（频率调制比）。这样克服了同步调制低频段载波频率降低的弊端。（2）过调制提高直流电压利用率当时，进入过调制状态（），对于部分相应输出（相当于削顶调制波与载波比较），此时电路谐波增加，但直流电压的利用率也同样提高。也可以利用梯形波代替正弦调制波来取得类似的效果。另一种办法是在正弦调制波中同步叠加三次谐波形成马鞍波作为调制波，其效果也同样提高直流电压的利用率，但仅增加三次谐波，鉴于三相对称电路的特点，这种方法在三相电路比较常用。目前六十一页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制三、电流跟踪PWM的工作原理与应用1、电流跟踪法的原理引入一个与输出电流频率相同的正弦波is－－参考波引入一个信号偏差－－偏差阈值将输出电流与输入电流比较：当输出电流io>is+时，输出-U；当输出电流io<is-时，输出+U；以此产生PWM波加在负载上，结果使输出电流基波强制跟随is变化，偏差为±目前六十二页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制2、电流跟踪法的双极性控制应用（1）电流跟踪的实现原理引入一个滞环比较器和一个误差运算器，将参考电流信号is与输出电流的反馈信号io进行误差运算，其结果输入一个滞环比较器进行调制，输出波形即为需要的控制波形。isio+Δ-Δ+U-U-+PWM目前六十三页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制（2）控制方法：输出电流io>is+时，VT1、VT3关断，VT2、VT4导通，输出-Ud输出电流io<is-时，VT2、VT4关断，VT1、VT3导通，输出+Ud（3）输出波形调频、调幅的实现：改变参考波is的频率和幅值，就可以改变输出电流基波的频率和幅值（4）电流跟踪法的特点：直接以输出电流为控制对象，系统具有快速的瞬态响应；以输出电流为控制对象，系统无条件稳定，具有较高的稳定性；以电流为控制对象，容易防止变压器偏磁现象，避免磁路饱和；开关频率不固定，输出频谱可变，实际应用需要采取一定措施。目前六十四页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制目前六十五页\总数九十八页\编于十六点第三节单相SPWM逆变电路目前六十六页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制四、指定消谐法的原理与应用1、指定消谐法的原理控制输出电压脉冲列的电角度以消除逆变器输出电压中某些危害较大的谐波（一般是低次谐波），控制基波分量大小，这种方法就是指定消谐法。2、单极性调制谐波消除技术采用如图的单极性调制波，该波形为奇函数，对称于，波形中只含有奇次谐波，有：

目前六十七页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制假定波形幅度为Ud，将方波在半波内斩切为M个脉冲，其斩切角分别为，则对于奇数n和任意M有：其中：目前六十八页\总数九十八页\编于十六点注意到是n次谐波电压的峰值，对于任意的M，只要令：式中i是要消除的谐波次数，它应有M-1个奇整数，从而得出一组方程，它的解即消除了M-1个谐波。以此方法确定多个开关角，从而确定单极性控制波形。3.4单相方波逆变电路的谐波控制目前六十九页\总数九十八页\编于十六点3.4单相方波逆变电路的谐波控制目前七十页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路一、三相方波逆变电路1、电路结构三相方波逆变电路常用三相桥式电路结构，如图a)，有时输入端采用电容分压构成中点与负载中点相连2、脉冲控制策略每一个主开关管的控制脉冲宽度为rad，同一桥臂上下两个开关管脉冲互补。相邻桥臂之间的脉冲相序互差2/3rad，即相邻序号主开关之间的脉冲相序相差/3rad。目前七十一页\总数九十八页\编于十六点目前七十二页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路3、三相逆变电路纯电阻负载状态波形分析控制脉冲条件下主电路结构形态示例目前七十三页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路电路工作分析条件假定分析条件：Ra=Rb=Rc＝R，中心点O为电位参考点；电路工作于稳态；器件、电路、电源均具有理想特性。工作波形分析A、0~/3时段：VT1、VT5、VT6导通，UAO=UCO=+Ud/3UBO=-Ud/3

B、/3~2/3时段：VT1、VT2、VT6导通，UBO=UCO=-Ud/3UAO=+2Ud/3C、2/3~时段：VT1、VT2、VT3导通，UAO=UBO=+Ud/3UCO=-2Ud/3D、~4/3时段：VT2、VT3、VT4导通，UAO=UCO=-Ud/3UBO=+2Ud/3其余各时段分析类似，由此得到输出电压波形如下图。E、电流波形：由于是纯电阻负载，电流波形与电压波形相似目前七十四页\总数九十八页\编于十六点第五节三相逆变电路目前七十五页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路输出相电压分析输出相电压为六阶梯波（四电平波形），呈半波对称奇函数特性，按傅里叶级数展开有：相电压基波幅值：相电压基波有效值：相电压有效值：目前七十六页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路输出线电压分析输出线电压为调宽方波（三电平波形），呈半波对称奇函数特性，按傅里叶级数展开有：线电压基波幅值：线电压基波有效值：线电压有效值：目前七十七页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路输入、输出电流分析输入端电流：输出电流：纯电阻负载，与输出电压有对应关系直流输入功率目前七十八页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路三相方波逆变电路的特点输出谐波含量比较高，输出相电压谐波失真度输出电压不可调，传统解决方法是前面增加一级DC-DC变换器；直流电压利用率不高，线电压基波有效值与直流母线电压之比－－直流电压利用率为：目前七十九页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路4、感性负载</3时电路工作情况分析（1）电路工作模式由于电感存在，晶体管两端并联二极管具有反向续流作用，电路工作形态可以分为三种类型：第一种：三个导电臂均由晶体管导通。

UAO=UBO=+Ud/3UCO=-2Ud/3UAB=UAO–UBO=0第二种：两个晶体管和一个二极管导通。

UAO=UBO=+Ud/3UCO=-2Ud/3UAB=UAO–UBO=0第三种：一个晶体管和两个二极管导通。

UAO=UBO=+Ud/3UCO=-2Ud/3UAB=UAO–UBO=0

目前八十页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路图5－5目前八十一页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路

由此可见，尽管电路工作于不同状态，电路输出电压与纯电阻（无二极管续流）状态一样，电流波形分析如下图（5-6）。图中，电流基波滞后电压基波角度0<</3。

同理可以分析>/3时的工作情况，如图（5-7）。目前八十二页\总数九十八页\编于十六点第五节三相逆变电路目前八十三页\总数九十八页\编于十六点第五节三相逆变电路目前八十四页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路二、三相SPWM逆变电路1、电路结构三相SPWM逆变电路结构等同于三相方波逆变电路结构，如图a)，区别仅在于控制信号的时序分布。2、脉冲控制策略载波信号为对称三角波uc，幅度Ucm，频率fc；调制信号为三相正弦波uga、ugb、ugc，幅度Ugm，频率f（逆变输出电压频率）调制信号与三角波比较形成三相SPWM波分别控制三个桥臂，uga的调制波控制VT1、4桥臂，ugb的调制波控制VT3、6桥臂，ugc的调制波控制VT5、2桥臂；同桥臂上下管脉冲互补。目前八十五页\总数九十八页\编于十六点第五节三相逆变电路目前八十六页\总数九十八页\编于十六点3.5三相逆变电路3、三相SPWM逆变电路输出电压波形分析（1）~区间：、（2）~区间：