电力电子技术【王兆安-第五版】第6章-PWM控制补充技术教学内容
[工学]电力电子技术_王兆安第6章
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6.1.1 单相交流调压电路
4．斩控式交流调压电路
原 理
•T设，斩则波导•基器通本件比原（a理V=1和t或o••nuu直/VT11正负2，流）半半改斩导周周变波通a电时可路间调有为节类to输n似，出之开电处关压周期为
分 析
i1
VD1 V1 斩波控制
一般采用全控型器 件作为开关器件
u1
V2
VD2
斩波控制
t
io （a =0）均为电压过 io
零时刻，稳态时，正
O 负半周的a 相等t
O
t
uVT
uVT
O
t
O
t
6.1.1 单相交流调压电路
数量关系
负载电压有效值
u1
Uo =
1 Uao
=
2U11
sin
a
2
t 2U1
d t
sin t
2=dU1 t
稳定分量iB与自由分量is如图3-2(b)所示，叠加后电流波形i2的导通角θ <180，正负半波电流断续， α愈大θ愈小，波形断续愈严重。
(2) 当α =φ时
电流自由分量is=0，i2=iB；θ=180。正负半周电流处于临界连续状态， 相当于晶闸管失去控制，负载上获得最大功率，此时电流波形滞 后电压φ角。
V3
VD4
R
uo
VD3 V4 L
续流通道 续流通道
图4-7 斩控图 式交4-流7调压电路
6.1.1 单相交流调压电路
单相--斩控式交流调压电路波形
图4-8 电阻负载斩控式交 流调压电路波形
6.1.2 三相交流调压电路
根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式
电力电子技术 王兆安第五版 第6章
6.1.1 单相交流调压电路
1 电阻负载
原 理 分 析
u1 VT1 io VT2 uo R u1 VT2 uo R VT1 io
u1
O uo
在 u1的正半周和负半周，分别对 u VT1和VT2负载电压波形是电源电 的开通角a进行控制就可 压波形的一部分，负载 以调节输出电压t O 电流（也即电源电流） u 和负载电压的波形相同
负载电流有效值
I0 =
2 IVT
6.1.1 单相交流调压电路
3.单相交流调压电路的谐波分析
电阻负载的情况
波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波
式中:
a1 =
u o (t ) =
2U 1 2
(a
n =1, 3, 5,
n
cos n t bn sin n t )
2U 1 2
t
6.2.2 交流电力电子开关
作用： 代替机械开关，起接通和断开电路的作用
(n=3,5,7,…)
6.1.1 单相交流调压电路
100
–
基波和各次谐波有效值
2
80
2
基波
–
负载电流基波和各次谐波有效值
I on = U on / R
In/I * / %
U on =
1
a n bn
2
60 40 20
3次 5次 7次
电流基波和各次谐波标么值随 a 变化的曲线（基准电流为a =0时 的有效值）如图所示
对电路通断进行控制——交流电力电子开关
6.2.1 交流调功电路 与交流调压电路的 同 电路形式完全相同 异
《电力电子技术》课程教学大纲
电力电子技术课程教学大纲（POWERE1ECTRONIC）总学时数：40其中:实验学时数：0课外学时数：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化专业的基础课程，它的任务是使学生掌握各类电力电子器件的工作原理，特性和主要参数及其各类变流装置发生的电磁过程，基本原理，控制方法，设计计算，实验技能以及它们的技术经济指标。
以便学生毕业后具有进一步掌握各种变流装置的能力，并为后续课“电力拖动与运动控制系统”打好基础。
二、课程教学的基本要求（一）掌握电力电子器件（主要为晶闸管，电力晶体管，可关断晶闸管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管）的工作原理，特性和主要参数（含驱动、缓冲和保护电路）。
（二）熟练掌握单相，三相整流电路和有源逆变电路的基本原理，波形分析和各种负载对电路运行的影响，并能对上述电路进行初步的设计计算（包括触发电路与保护环节）。
（三）3.了解无源逆变、直流斩波、交流调压和交-交变频电路的工作原理，了解并掌握PWM控制技术及PW型逆变电路的基本原理和控制方法。
（四）初步了解软开关技术的基本概念和常用的组合变流电路的主要形式。
（五）初步了解电力电子学科的发展趋势。
（六）掌握基本变流装置的调试实验方法。
三、课程的教学内容、重点和难点绪论基本内容：电力电子技术的基本概念和内涵，电力电子技术发展历程，电力电子技术应用领域，本课程在国民经济中的作用意义，本课程的特点和学习方法。
基本要求：使学生了解电力电子技术的基本概念和内涵，了解本课程的重要性，认识到他所学的内容仅是电力电子学科中的最基本的内容,而本学科还有很多重要的课题有待去学习，去解决。
第一章电力电子器件一、电力电子器件概述基本内容：电力电子器件的概念和特征；电力电子系统的构成；电力电子器件的分类。
基本要求：1、了解电力电子器件的基本概念、主要特征以及主要类型；2、了解应用电力电子器件构成的系统的主要组成部分及各部分功能。
电力电子技术【王兆安第五版】第6章PWM控制补充技术PPT课件
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法
引言 6.4.1 180o导通模式下的逆变器电压空间矢量 6.4.2 三相对称交流量空间矢量定义 6.4.3 电机磁链空间矢量与电压矢量的关系 6.4.4 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 6.4.5 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制 小结 本节习题
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
如果定义电压空间矢量 U s 为：
为何有此 定义？
U s2 3(U U NU V Nej2 3U W Nej4 3)
则根据前述六拍阶梯波工作模式下的6种工作状态， 可以分别推导得出6个电压空间矢量： Us1, Us2, Us3, Us4, Us5和Us6； Us7和Us8幅值为零，称为零电压矢量，简称零矢量
☺如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，
按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应 该更好。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，接下来 的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间 矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM， Space Vector PWM）控制”。这是一种在80年代提出， 现在得到广泛应用的三相逆变器PWM控制方法。
开关状态表
序号
开关状态
1 VT6 VT1 VT2
2
VT1 VT2 VT3
2
VT2 VT3 VT4
4
VT3 VT4 VT5
5
VT4 VT5 VT6
6
VT5 VT6 VT1
7
VT2 VT4 VT6
8
VT1 VT3 VT5
开关代码 100 110 010 011 001 101 000 111
开关代码：表示三相桥臂输出状态； 1—上管导通，下管关断，桥臂输出高电平 0—下管导通，上管关断，桥臂输出低电平
电力电子技术课程教学大纲
《电力电子技术》课程教学大纲课程类别：专业基础课程性质：必修英文名称：Power Electronic Technology总学时：64讲授学时：48 实验学时：16学分：3.5先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术适用专业：自动化开课单位：信息工程学院自动化教研室一、课程简介《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程。
它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。
本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标，培养学生的分析问题和解决问题的能力，为《运动控制》等后续课程以及从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
二、教学内容及基本要求0 绪论（2学时）教学内容：0.1电力电子技术的定义0.2电力电子技术的发展历史(自学)0.3电力电子技术的内涵及其相关工业0.4电力电子技术所研究的基本问题0.5电力电子技术的主要内容0.6本课程的学习方法及考核方法教学要求：1.理解电力电子技术的定义，电力电子技术所研究的基本问题。
2.了解电力电子学科的发展历史、电力电子技术的内涵及其相关工业、电力电子技术的主要内容以本课程的学习方法及考核方法。
授课方式：讲授+自学第一章：电力电子器件（10 学时）教学内容：1.1电力电子器件概述1.2不可控器件——电力二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.5其他新型电力电子器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护1.8电力电子器件的串联和并联使用教学要求：1.掌握各种电力电子器件的基本特性、应用场合和使用方法。
2.理解各种全控型器件、半控型器件的工作原理和主要参数选择依据.3.了解典型触发、驱动和缓冲电路的组成、工作原理和特点。
电力电子技术第五版王兆安课件全
本课件旨在深入浅出地讲解电力电子技术的概念、元器件和应用，介绍电力 电子技术的发展历程及未来趋势。
电力电子技术概述
电力
电力是指电荷在电场中移动， 在载流子作用下（如电子和正 离子）而产生的能量。
电子元器件
电力电子元器件是指用于在电 力电子领域中进行实际应用的 半导体器件、磁性元件、电容 电阻等元器件。
寿命、可靠性
由于功率电子器件工作状 态的特殊性，其寿命、可 靠性十分重要，经常需要 进行多方面的工艺优化。
电力电子应用领域
1
电力系统
通过利用功率电子器件来稳定电力系统的电压，电压变换器用于控制柔性交流输电， 提高电力系统的质量。
2
新能源应用
电力电子技术被广泛应用于新型能源制备和利用系统中，如太阳能、风力发电、燃料 电池、储能系统等。
功率电子元器件
功率电子元器件是电力电子技 术中最重要的组成部分，包括 晶闸管、电力场效应管、IGBT 等。
电力电子器件的特点
高压高电流
功率电子器件频率高、电 压高、电流大、热量大， 因此具有高温、高电压、 高电流、高能损状态特点。
高频率、高速度
功率电子器件具有响应速 度快、开关频率高的特点， 这使得它们非常适合在不 同领域中进行应用。
电力电子技术的未来趋势
1 新型功率电子器件
发展更加高效稳定、高可靠性、符合环保要求的全新型号功率电子器件。
2 应用前景广阔
在电力电子技术的不断发展中，其应用场景、应用情境与需要的功能和性能已经无法估 量。
3 高端智能电网
未来电力电子技术的发展将主要体现在高端智能电网，特别是电池和电能储存技术的应 用上。
电力电子技术第五版王兆安课 件全
(2024年)电力电子技术第5版王兆安课件
该方式通过调制信号（如正弦波）与高频载波（如三角波）进行比较生成PWM脉冲。优 点是生成的PWM脉冲频率高、波形好且易于实现实时控制。缺点是对于非线性负载的适 应性较差。
32
07
电力电子系统的设计与应用
2024/3/26
33
电力电子系统的设计原则与方法
2024/3/26
设计原则
确保系统稳定性、高效性、可靠性和 安全性；满足特定应用需求；优化成 本和性能。
2024/3/26
6
02
电力电子器件
2024/3/26
7
不可控器件
电力二极管（Power Diode）
结构和工作原理
伏安特性
2024/3/26
8
不可控器件
主要参数
晶闸管（Thyristor）
结构和工作原理
2024/3/26
9
不可控器件
伏安特性和主要参数
派生器件
2024/3/26
10
半控型器件
2024/3/26
36
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
37
26
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路的输出电压波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电压幅 值和频率可调，适用于对输出电压要 求较高的场合。
电流型逆变电路
电流型逆变电路的输出电流波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电流幅 值和频率可调，适用于对输出电流要 求较高的场合。
2024/3/26
工业自动化
应用于电机驱动、电源供 应、过程控制等领域，提 高生产效率和能源利用率 。
35
电力电子系统的发展趋势与挑战
发展趋势
电力电子技术【王兆安_第五版】第6章-PWM控制补充技术
6.4.1 180o导通模式下的逆变器 电压空间矢量
1
U Ud
U
0
和每相输出电流的 方向无关
三相逆变器主电路桥臂简化
主电路原理图简化表示
功率开关器件共 有 23 = 8 种，组合 工作状态
Ud 2
V1
U V
V3
V5
IM W N
N N′
Ud 2
V4
V6
V2 交流电机
三相逆变器-异步电动机 变频调速系统主电路原理图（一）
图 三相对称交流量的电压空间矢量定义
电压空间矢量的相互关系
定子电压空间矢量：uA0 、 uB0 、 uC0 的方向始终 处于各相绕组的轴线上，而大小则随时间按正弦 规律脉动，时间相位互相错开的角度也是120°。 合成空间矢量：由三相定子电压空间矢量相加合 成的空间矢量 us 是一个旋转的空间矢量，它的 幅值不变，是每相电压值的3/2倍。 倍 三相电压经过空间矢量合成后等效为一个空间矢 量的概念，实质上就是一种由三相信号到两相信 号的变换。
Us5 (001)
Us6 (101)
电压空间矢量图（简化表示） 电压空间矢量图（简化表示）
Im
010 110
011
000 111
100
Re
000，111，两个零电压 ， ， 矢量，不输出电压。 矢量，不输出电压。
001
101
6.4 .2 三相对称交流量空间矢量定义 三相对称交流量空间矢量定义
交流电动机绕组的 电压、电流、磁链 等物理量都是随时 间变化的，分析时 常用时间相量来表 示，但如果考虑到 它们所在绕组的空 间位置，也可以如 图所示，定义为空 间矢量uA0， uB0 ， uC0 。
图1.0 三相逆变器异步电机变频调速系统主电路
电力电子技术PWM控制技术课件
◆双极性PWM控制方式
☞在调制信号ur和载波信号uc 的交点时刻控制各开关器件的
通断。
u O
uo Ud O -U d
ur uc
u of
uo
☞在ur的半个周期内，三角波 载波有正有负，所得的PWM w t 波也是有正有负，在ur的一个 周期内，输出的PWM波只有
±Ud两种电平。
wt
图7-6 双极性PWM控制方式波形
◆对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。
◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形， 也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
■PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种，由直流 电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。
Ud•Βιβλιοθήκη 等幅PWM波Owt
- Ud
U
• 不等幅PWM波 o
√V4关断时，负载电流通过V1 和VD3续流，uo=0。
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
√在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时，因io为负，故 io实际上从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud。 √V4关断，V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。 √uo总可以得到Ud和零两种电平。
☞在uo的负半周，让V2保持 通态，V1保持断态，V3和V4 交替通断，负载电压uo可以得 到-Ud和零两种电平。
7.2.1 调制法 7.2.2 异步调制和同步调制
异步调制和同步调制
载波比
载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr
❖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。
1） 异步调制
载波信号和调制信号不同步的调制方式
电力电子技术第五版(王兆安)课件
VS
漏抗对整流器换相的影响
漏抗的存在使得换相过程变得复杂，可能 导致换相失败或产生过大的换相过电压。
整流电路的谐波和功率因数
谐波
整流电路输出的非正弦波形含有丰富的谐波 成分，对电网和负载造成不良影响。
功率因数
整流电路的功率因数通常较低，因为谐波和 无功功率的存在使得视在功率大于有功功率 。提高功率因数的方法包括采用功率因数校 正电路和采用高功率因数的整流器等。
用效率。
交通运输
电动汽车、高铁、航空器等交 通工具的电力驱动系统大量采
用电力电子技术。
工业自动化
电机驱动、电源供应、自动化 控制等方面广泛应用电力电子
技术，提高生产效率。
信息技术
数据中心、云计算等领域需要 高效、可靠的电源供应，电力 电子技术发挥着重要作用。
课程目标与学习方法
课程目标
掌握电力电子技术的基本原理、分析方法、设计方法和实验 技能，具备从事电力电子技术应用和研究的初步能力。
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路以电压源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电压。其特点是输出 电压波形质量高，但需要较大的滤波电感。
电流型逆变电路
电流型逆变电路以电流源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电流。其特点是输出 电流波形质量高，但需要较大的滤波电容。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
电力电子技术第五版(王兆
安)课件
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 整录
CONTENTS
01
电力电子技术概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
电力电子技术重点王兆安第五版
第1章绪论1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。
2 电力变换的种类（1）交流变直流AC-DC：整流（2）直流变交流DC-AC：逆变（3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。
第2章电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系（1）主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。
（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。
2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。
3 电力电子系统基本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。
（2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。
（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。
（4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。
4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。
如SCR晶闸管。
（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。
如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。
（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。
如电力二极管。
根据驱动信号的性质分类（1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。
如SCR、GTO、GTR。
（2）电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。
如MOSFET、IGBT。
根据器件内部载流子参与导电的情况分类（1）单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。
如MOSFET。
电力电子技术第五王兆安课件全
电力电子技术的应
04
用
电力系统中的电力电子技术应用
直流输电系统
利用电力电子技术将交流电转换为直流电，提高输电效率。
交流输电系统
通过电力电子技术对交流电进行调制，以改善电力系统的稳定性。
配电系统
电力电子技术在配电系统中应用广泛，如固态开关、动态无功补偿 等。
功率场效应晶体管
也是一种全控型器件，具有高输入阻抗、低驱动功率、高开关频率等优点，适 用于电机控制、直-交变换器等领域。
电力电子电路拓扑
03
结构
单相整流电路
01
02
03
电路组成
单相整流电路主要由变压 器、整流器、滤波器等组 成。
工作原理
将交流电通过整流器转换 为直流电，再经过滤波器 滤除纹波，得到平稳的直 流电。
电路特点
结构简单，适用于小功率 场合。
三相整流电路
电路组成
三相整流电路主要由三相 电源、变压器、整流器、 滤波器等组成。
工作原理
将三相交流电通过整流器 转换为直流电，再经过滤 波器滤除纹波，得到平稳 的直流电。
电路特点
输出电流大，适用于大功 率场合。
逆变电路
电路组成
逆变电路主要由开关管、变压器 、整流器等组成。
特点
03
04
05
高效性：电力电子技术 能够实现对电能的精确 控制和优化，从而提高 电力系统的效率。
灵活性：电力电子设备 体积小、重量轻，方便 携带，适用于各种场合 。
可靠性：电力电子设备 采用固态器件，具有长 寿命、低维护等优点。
电力电子技术在电力系统中的应用
不间断电源（UPS）
电力电子技术王兆安刘进军第五版机械工业出版社第六七八九十章
自动化13416-1一台调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在=0︒时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%、50%时的开通角。
解：=0︒时的输出电压最大，为U omax =此时负载电流最大，为 I omax =因此最大输出功率为P max =U omax I omax输出功率为最大输出功率的80%时，有：P max =U omax I omax =此时Uo= 又由Uo=U 1解得同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有： Uo=又由Uo=U 16-2一单相交流调压器，电源为工频220V ，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH 。
试求：①开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当α=π/2 时，晶闸管电流有效值﹑晶闸管导通角和电源侧功率因数。
ααα101)sin 2(1U t U =⎰πωπR U R u o 1max =R U 2118.0U παππα-+22sin ︒=54.60α15.0U παππα-+22sin ︒=90α解：（1）所以（2）时，电流连续，电流最大且导通角θ=π I o =(3) P=(4)由公式当时对上式θ求导 则由得6-3交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？答：:交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。
交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。
而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。
交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动︒=⨯⨯⨯==-5.515.0102502arctan arctan 3πωϕR L︒≤≤︒1805.51αϕα=O U U =1()AZ Uo 2741025025.0220232=⨯⨯⨯+=-πKW I U I U O O O 3.602742201=⨯==1cos 1===O O O I U I U S P λϕθϕαϕθαtan )sin()sin(--=-+e 2πα=ϕϕθϕθcos )cos(tan -=-e ϕϕϕθϕθcos tan 1)sin(tan --=--e 1)(cos )(sin 22=-+-ϕθϕθ1cos )tan 11(22tan 2=+-ϕϕϕθe 136tan ln tan =-=ϕϕθ)(123cos )2cos(sin 21A Z U I VT =++-=ϕθϕαθθπ66.0)22sin(2sin cos 11=+--===πθααπθλU U I U I U O O O O机的软起动，也用于异步电动机调速。
电力电子技术课件(王兆安)——第六章+交流控制电路和交交变频电路
5
Single-phase AC voltage controller
电阻负载Resistive load 电路结构：两个晶闸管可
用一双向可控硅代替
0 时刻为电源电压过 u
零时刻 在交流电源的正负半周， 分别控制两个晶闸管开通， 正负半周触发角相等
负载电压波形是电源电压 波形的一部分
6
Single-phase AC voltage controller
谐波分析Harmonic analysis
电阻负载Resistive load
由于波形正负半波对称，所以不
含直流分量和偶次谐波
uo (wt) (an cosnw t bn sin nw t) n 1, 3,5,
基波和各次谐波有效值
Uon
1 2
an2 bn2
负载电流基波和各次谐波有效值
20
三相交流相四线
三相四线
基本原理：相当于三个单相 交流调压电路的组合，三相 互相错开120°工作。基波 和3倍次以外的谐波在三相 之间流动，不流过零线
问题：三相中3倍次谐波同 相位，全部流过零线。零线 有很大3倍次谐波电流。 =90°时，零线电流甚至和 各相电流的有效值接近，在 选择线径和变压器时一定要 注意
电阻负载Resistive load 移相范围(The phase
shift range)为
0 u
负载电压有效值RMS value of output voltage
负载电流有效值RMS value of output current
7
Single-phase AC voltage controller
0°≤ a <60°：三管导通与两管导通交替，每管导 通180°－a
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开关状态表
序号
开关状态
1 VT6 VT1 VT2
2
VT1 VT2 VT3
2
VT2 VT3 VT4
4
VT3 VT4 VT5
5
VT4 VT5 VT6
6
VT5 VT6 VT1
7
VT2 VT4 VT6
8
VT1 VT3 VT5
开关代码 100 110 010 011 001 101 000 111
开关代码：表示三相桥臂输出状态； 1—上管导通，下管关断，桥臂输出高电平 0—下管导通，上管关断，桥臂输出低电平
二极管整流器
三相PWM逆变器
三
相
交 流 电
U V W
M~
源
常见的PWM方法有：
SPWM，SAPWM， SVPWM，滞环比较 方式等。
PWM驱动控制 信号（共6路）
怎么样才能得 到 所需的IGBT驱 动控制信号？
图1.0 三相逆变器异步电机变频调速系统主电路
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
控制电压 输入信号
6 种有效开关状态； 2 种无效状态（因为逆变器这时并没有输出电 压）： 上桥臂开关 V1、V3、V5 全部导通 下桥臂开关 V2、V4、V6 全部导通
三相桥臂 输出状态
三相电压型 全桥逆变器 桥臂输出电 压波形
负载中性点 电压波形
三相电压型 全桥逆变器 负载相电压 波形（六拍 阶梯波）
2π
2π
uUN′ 100 110 010 011 001 101 100 110 010 011 001 101
6.4.1 180o导通模式下的逆变器 电压空间矢量
1
1
U
U
U
Ud
和每相输出电流的 方向无关
0
0
三相逆变器主电路桥臂简化
主电路原理图简化表示
Ud 2
N′
Ud 2
功率开关器件共 有 23 = 8 种，组合 工作状态
V1
U
V3 V5
V W
IM N
V4 V6 V2 交流电机
三相逆变器-异步电动机 变频调速系统主电路原理图（一）
6路驱动 脉冲
Ud
三相交流 输出电压
uu
uv
SVPWM
uw
控制器
U
三相桥式 PWM型
V
逆变器
W
交流 电动机
主电路的功率放大作用
三相PWM型逆变器-交流电动机系统框图（开环） （参考图6-7）
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
☺传统（经典）的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的
输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。 而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流，使之在正弦 波附 近变化，这就比只要求正弦电压前进了一步。然而 交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动 机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。
主电路原理图简化表示
Ud 2
N′
Ud 2
SU
SV SW
功率开关器件共 有 23 = 8 种，组合 工作状态
IM N
交流电机
三相逆变器-异步电动机 变频调速系统主电路原理图（二）
逆变器的 8 种工作状态
① 100
② 110
③ 010
④ 011
⑤ 001
⑥ 101
⑦ 000
⑧ 111
开关工作状态
如果，上述图中的逆变器采用180°导通型，功 率开关器件共有 23 = 8 种组合工作状态（见附 表） ，其中
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法
简称：空间矢量调制（SVPWM, Space Vector Pulse Width Modulation） 应用范围：三相全桥逆变器，采用全控型开关 器件，例如IGBT, GTO, IGCT等。 应用非常广泛的一种PWM控制方法，尤其在 三相电动机变频调速控制系统中最为常用，其 它应用有PWM整流器，有源电力滤波器等。
☺如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，
按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应 该更好。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，接下来 的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间 矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM， Space Vector PWM）控制”。这是一种在80年代提出， 现在得到广泛应用的三相逆变器PWM控制方法。
Us0 (000) Us0 (111)
Us1 (100)
Re
Us6 (101)
Us0，零电压矢量，含两种 状态， 包括Us7（000） 和 Us8 （111），不输出 电压。
电压空间矢量图（简化表示）
Im
010
110
011 001
000
100
111
Re
000，111，两个零电压 矢量，不输出电压。
o Ud/2
Ud/2
ωt
uVN′
o
Ud/2
Ud/2
ωt
uWN′
o
Ud/2
Ud/2
ωt
uNN′
o
Ud/6
Ud/6
ωt
uUN
Ud/3
Ud/6
Ud/6
o
Ud/3
2Ud/3
ωt 2Ud/3
uVN
Ud/3
o
2Ud/3
Ud/3
2Ud/3
ωt 2Ud/3
uWN
o
Ud/3
Ud/3
2Ud/3
2Ud/3
ωt 2Ud/3
逆变器的6个输出电压空间矢量
U
s1
2U 3
d
U s2
2 3
U
1 d(2
j
3) 2
U s3
2 3
U
d (
1 2
j
3) 2
U
s4
2U 3
d
U s5
2 3
U
d (
1 2
j
3) 2
U s6
2 3
U
d
(
1 2
j
3) 2
由6个电压空间矢量形成的电压空间矢量图
Im
Us3 (010)
Us2 (110)
Us4 (011) Us5 (001)
开关控制模式
对于六拍阶梯波工作模式下的逆变器，在其输出 的每个周期中6 种有效的工作状态各出现一次。 逆变器每隔 /3 时刻就切换一次工作状态（即换 相），而在这 /3 时刻内则保持不变。 工作于这种模式下的逆变器，我们通常把它简称 为六拍逆变器。
逆变器输出电压空间矢量的定义
六拍阶梯波逆变器输出的各电压波形 如前所示。
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法
引言 6.4.1 180o导通模式下的逆变器电压空间矢量 6.4.2 三相对称交流量空间矢量定义 6.4.3 电机磁链空间矢量与电压矢量的关系 6.4.4 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 6.4.5 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制 小结 本节习题
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
ur 如果定义电压空间矢量 U s 为：
为何有此 定义？
U u rs2 3(U U N U V N ej2 3 U W N ej4 3)
则根据前述六拍阶梯波工作模式下的6种工作状态， 可以分别推导得出6个电压空间矢量： Us1, Us2, Us3, Us4, Us5和Us6； Us7和Us8幅值为零，称为零电压矢量，简称零矢量