PWM逆变器修订版
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（3）ＰＷＭ脉冲序列：用来控制逆变器功率开关元件ＶＴ１～ｖＴ６的 通断，以使逆变器输出ＰＷＭ电压波。（通过载波、调制波、比较器获得）
基础概念准备
（4）ＩＧＢＴ全控器件的等效电路与开关特性
IGBT的等效电路如左图所示。由图 可知,若在IGBT的栅极（G）和发射极(E) 之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这 样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻 状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和 发射极之间电压为0V或负电压,则 MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流 的供给,使得晶体管截止。
调制电路内部的 本质是若干比较电路。 将参考信号和载波信 号进行比较ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控制 IGBT通断。
现在以A相为例，当 ura>ut时，使VT1导通， VT4关断；当ura<ut时，使 VT1关断，VT4导通。VT1、 VT4的驱动信号始终互补。
三相正弦PWM波形
由图可以看出，任何时刻始终都有两 相调制信号电压大于载波信号电压，即总 有两个IGBT处于导通状态，所以负载上 的电压是连续的正弦波。其余两相的控制 规律与A相相同。
脉宽调制型（PWM）逆变器
Pulse Width Modulation
讲课目录
沈子乂：基础概念准备 曾 快：SPWM单双极性调制 卿 怡：SPWM波的计算法 李 杰：SPWM波的调制条件和同步、异步、分段调制比较 梁 达：三相桥式PWM调制 回 璇：PWM调制在交-直-交系统中的优势 赵晓阳：电压型和电流型PWM调制比较 邱 浩：带电流滞环跟踪的ＰＷＭ逆变器控制
使用规则采样法计算得到的脉宽t2和准 确值在起始点和终了时间点上有很小的误差， 一般对控制不会产生影响。
ＳＰＷＭ波的计算法
等不效对面称积规法则:采在样采法样：控采制用理在论每有个中载一波个周重期要采的样结两论次：，冲即量在相三等角而波形的状顶不点同的窄脉冲
加位在置具采有样惯，性又的在环三节角上波时的，底其点效位果置基采本样相，同这。样冲形量成即的指阶窄梯脉波冲与的正面弦积波。的正弦脉宽调
不等的矩形脉冲波，矩形面积所表示的输出电压的有效值大小符合正弦分布规律， 称这种脉冲序列为SPWM序列。
SPWM单极性和双极性调制
如果在每个焦点ur=ut处同时产生正、负触发脉冲，在一个半周内既有up又有up脉冲序列。这种调制称为双极性SPWM调制模式，如下图所示：
SPWM单极性和双极性调制
在两电平电路中，双极 性控制能够控制同一个 桥臂上的功率器件互补 通断，前提是遵循先断 后通原则。虽然矩形脉 冲组成有正有负，但在 逆变器输出端只能是电 压平均值，显然在正半 周期+Ud/2脉冲合成面积 大于-Ud/2的面积，电压 平均值为正，且电压脉 冲宽度任然符合正弦分 布，因此近似于正弦电 压。同理，负半周期逆 变器输出负值正弦。
制逼的近基程本度原会理大就大是提按高面。积不相对等称的规原则则采构样成法与生正成弦SP等W效M的的一原系理列图等如幅下不所等示宽。的矩形脉
SPWM单极性和双极性调制
以等当腰u三r在角负形半载周波期u时t和，参需考要正把弦u波r正ur半的波相的交S关P系W，M序可列以反产响生，SP得W到M一调个制周波期。的、幅值
u u u u 在当0~参up考变电化压的u脉r在冲正序半列波，时称，为若单极r性SPtW，M则调调制制模波式u，p=如0;若下图所r 示：t ，则up为宽度
从逻辑的角度讲解其原理：
开关脉 冲电路
仿真
逆变电路
负 载
仿真—脉冲开关电路
仿真—逆变电路
相当 于两 个电 容串 联支 路。
仿真
ＳＰＷＭ波的计算法
由模拟电路过度道微机数字计算
为简化算法难度，常采用对称规则采样法，原理图如下： 由图在解相法邻可的推两导个出三：角波的中点（也即是 相反三角波的顶点）引一垂线，与参考电
开关脉冲的产生
P值W和M三A频控、相率制B参均规、考相律C信等三相号，相同u相的。ra、位PWu依rMb次、控差u制r1c分共20别用度此开导为一。波关通三个形脉，相三可冲V正角T以 ，弦波4关看正波信断作脉信号；是冲号u负t,时I，其G脉V其B冲TT幅1的 时VT4导通，VT1关断。
参考 信号
载波信号
在双极性控制方式中，同一相上下两 桥臂的驱动信号都是互补的。但为了防止 上下两桥臂直通而造成短路，要遵循“先 断后通”的原则，在给一个桥臂加关断信 号后，再延迟一小段时间，才给另一个桥 臂加导通信号。延迟时间主要由功率开关 的关断时间决定。
三相桥式PWM变频器也是靠同时改 变三相参考信号（调制信号）ura、urb、 urc的调制周期来改变输出电压频率的， 靠改变三相参考信号的幅度即可改变输出 电压的大小。PWM变频器用于异步电动 机变频调速时，为了维持电动机气隙磁通 恒定，输出频率和电压大小必须进行协调 控制，即改变三相参考信号调制周期同时 必须相应改变其幅值。
式TT压的与时脉cr——中u时相间宽——r：交间邻间。正三于t的隔e弦角t也E三t22参载点即便角考波，T为为波2波c周该已u交周r期点在知于T2期（参ct。Ae（s考、时从）UUs波B刻交）rt；mm两u的点；sr点i的SnE，P(作相2WπT则平角Mr 对t行所波) 应直对的的线应
Urm——正弦参考波电压幅值（V）； Utm——三角载波电压幅值（V）。
三相桥式PWM逆变电路
电路组成：不控整流环节，采用6个二极管VD1~VD6整流；逆变环节，6个快 速功率开关器件IGBT和6个快速续流二极管DF1~DF6组成;三相对称负载，大多为 感性；调制电路，用于控制IGBT通断。
电路用途：三相桥式PWM变频电路是PWM变频电路中使用最多的，它被广泛 应用在异步电动机的变频调速中，其控制方式为双极性方式。
基础概念准备
（１）PWM的定义：用直流斩波的方法，将逆变器的输出相电压调制成幅值 相等的若干个矩形电压脉冲，通过调节占空比改变脉冲宽度，即可改变输出 电压的大小，而调节一个周期的循环开断时间可改变输出电压的频率，从而 在逆变器上实现VVVF的综合控制。
（２）核心依据：在具有惯性环节（电容、电感储能元件）的电路中，能用等 面积的等幅不等宽的脉冲序列等效正弦波。
基础概念准备
（4）ＩＧＢＴ全控器件的等效电路与开关特性
IGBT的等效电路如左图所示。由图 可知,若在IGBT的栅极（G）和发射极(E) 之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这 样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻 状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和 发射极之间电压为0V或负电压,则 MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流 的供给,使得晶体管截止。
调制电路内部的 本质是若干比较电路。 将参考信号和载波信 号进行比较ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控制 IGBT通断。
现在以A相为例，当 ura>ut时，使VT1导通， VT4关断；当ura<ut时，使 VT1关断，VT4导通。VT1、 VT4的驱动信号始终互补。
三相正弦PWM波形
由图可以看出，任何时刻始终都有两 相调制信号电压大于载波信号电压，即总 有两个IGBT处于导通状态，所以负载上 的电压是连续的正弦波。其余两相的控制 规律与A相相同。
脉宽调制型（PWM）逆变器
Pulse Width Modulation
讲课目录
沈子乂：基础概念准备 曾 快：SPWM单双极性调制 卿 怡：SPWM波的计算法 李 杰：SPWM波的调制条件和同步、异步、分段调制比较 梁 达：三相桥式PWM调制 回 璇：PWM调制在交-直-交系统中的优势 赵晓阳：电压型和电流型PWM调制比较 邱 浩：带电流滞环跟踪的ＰＷＭ逆变器控制
使用规则采样法计算得到的脉宽t2和准 确值在起始点和终了时间点上有很小的误差， 一般对控制不会产生影响。
ＳＰＷＭ波的计算法
等不效对面称积规法则:采在样采法样：控采制用理在论每有个中载一波个周重期要采的样结两论次：，冲即量在相三等角而波形的状顶不点同的窄脉冲
加位在置具采有样惯，性又的在环三节角上波时的，底其点效位果置基采本样相，同这。样冲形量成即的指阶窄梯脉波冲与的正面弦积波。的正弦脉宽调
不等的矩形脉冲波，矩形面积所表示的输出电压的有效值大小符合正弦分布规律， 称这种脉冲序列为SPWM序列。
SPWM单极性和双极性调制
如果在每个焦点ur=ut处同时产生正、负触发脉冲，在一个半周内既有up又有up脉冲序列。这种调制称为双极性SPWM调制模式，如下图所示：
SPWM单极性和双极性调制
在两电平电路中，双极 性控制能够控制同一个 桥臂上的功率器件互补 通断，前提是遵循先断 后通原则。虽然矩形脉 冲组成有正有负，但在 逆变器输出端只能是电 压平均值，显然在正半 周期+Ud/2脉冲合成面积 大于-Ud/2的面积，电压 平均值为正，且电压脉 冲宽度任然符合正弦分 布，因此近似于正弦电 压。同理，负半周期逆 变器输出负值正弦。
制逼的近基程本度原会理大就大是提按高面。积不相对等称的规原则则采构样成法与生正成弦SP等W效M的的一原系理列图等如幅下不所等示宽。的矩形脉
SPWM单极性和双极性调制
以等当腰u三r在角负形半载周波期u时t和，参需考要正把弦u波r正ur半的波相的交S关P系W，M序可列以反产响生，SP得W到M一调个制周波期。的、幅值
u u u u 在当0~参up考变电化压的u脉r在冲正序半列波，时称，为若单极r性SPtW，M则调调制制模波式u，p=如0;若下图所r 示：t ，则up为宽度
从逻辑的角度讲解其原理：
开关脉 冲电路
仿真
逆变电路
负 载
仿真—脉冲开关电路
仿真—逆变电路
相当 于两 个电 容串 联支 路。
仿真
ＳＰＷＭ波的计算法
由模拟电路过度道微机数字计算
为简化算法难度，常采用对称规则采样法，原理图如下： 由图在解相法邻可的推两导个出三：角波的中点（也即是 相反三角波的顶点）引一垂线，与参考电
开关脉冲的产生
P值W和M三A频控、相率制B参均规、考相律C信等三相号，相同u相的。ra、位PWu依rMb次、控差u制r1c分共20别用度此开导为一。波关通三个形脉，相三可冲V正角T以 ，弦波4关看正波信断作脉信号；是冲号u负t,时I，其G脉V其B冲TT幅1的 时VT4导通，VT1关断。
参考 信号
载波信号
在双极性控制方式中，同一相上下两 桥臂的驱动信号都是互补的。但为了防止 上下两桥臂直通而造成短路，要遵循“先 断后通”的原则，在给一个桥臂加关断信 号后，再延迟一小段时间，才给另一个桥 臂加导通信号。延迟时间主要由功率开关 的关断时间决定。
三相桥式PWM变频器也是靠同时改 变三相参考信号（调制信号）ura、urb、 urc的调制周期来改变输出电压频率的， 靠改变三相参考信号的幅度即可改变输出 电压的大小。PWM变频器用于异步电动 机变频调速时，为了维持电动机气隙磁通 恒定，输出频率和电压大小必须进行协调 控制，即改变三相参考信号调制周期同时 必须相应改变其幅值。
式TT压的与时脉cr——中u时相间宽——r：交间邻间。正三于t的隔e弦角t也E三t22参载点即便角考波，T为为波2波c周该已u交周r期点在知于T2期（参ct。Ae（s考、时从）UUs波B刻交）rt；mm两u的点；sr点i的SnE，P(作相2WπT则平角Mr 对t行所波) 应直对的的线应
Urm——正弦参考波电压幅值（V）； Utm——三角载波电压幅值（V）。
三相桥式PWM逆变电路
电路组成：不控整流环节，采用6个二极管VD1~VD6整流；逆变环节，6个快 速功率开关器件IGBT和6个快速续流二极管DF1~DF6组成;三相对称负载，大多为 感性；调制电路，用于控制IGBT通断。
电路用途：三相桥式PWM变频电路是PWM变频电路中使用最多的，它被广泛 应用在异步电动机的变频调速中，其控制方式为双极性方式。
基础概念准备
（１）PWM的定义：用直流斩波的方法，将逆变器的输出相电压调制成幅值 相等的若干个矩形电压脉冲，通过调节占空比改变脉冲宽度，即可改变输出 电压的大小，而调节一个周期的循环开断时间可改变输出电压的频率，从而 在逆变器上实现VVVF的综合控制。
（２）核心依据：在具有惯性环节（电容、电感储能元件）的电路中，能用等 面积的等幅不等宽的脉冲序列等效正弦波。