第6章 逆变器
电力电子系统建模及控制 第6章 三相变流器的空间矢量调制技术上
二，并将基本电压空间矢量的
作用序列按81277218排列， 其中8表示U8，1表示U1，2表 示U2，7表示U7。查表6一l， 得到在扇区I的一个Ts区内， 逆变器开关状态编码序列为：
000，100，110，111， 111 ，110 ，100，000。
由图6—9，可以得到逆变器交流侧a 、 b 、 c相输出的PWM脉冲在一个开关周期中的宽度。 a相的脉冲宽度
电压空间矢量Ｕ等于磁链空间矢量Ψ的变化 率。对上式作拉氏变换
由于Ｕ为正弦量，代入s=jω到上式，得
因此，磁链空间矢量与电压空间矢量之间的 关系
代入式（6-8)，得到
其中
图6—3表示三相对称 正弦电压供电时电压空间 矢量与磁链空间矢量的关 系。三相对称正弦电压供 电时磁链空间矢量的顶点 的运动轨迹也是一个圆。 电压空间矢量U与磁链空 间矢量Ψ垂直。磁链空间 矢量Ψ滞后电压空间矢量 U90度。由式(6—13)，磁 链空问矢量Ψ的模为电压 空间矢量U模的1/ω 。
6．2 电压型变流器的空间矢量调制 控制
在三相电压型变流器中，相电压一般并不一定满足
va+vb+vc=0的条件，这样空间矢量变换式(6—1)就不 适合。而线电压一般满足vab+vbc+vca=0。
在由abc构成的直角坐标系中，a轴、b轴、c轴分别
对应vab 、vbc、vca三个分量。如果线电压满足条件： vab+vbc+vca=0 ，则实质上在三维欧氏空间定义了一个 子空间χ。可以证明，该子空间为一平面，且与矢量
6．1．3六拍阶梯波逆 变器
六拍阶梯波逆变器中 功率开关的导通原则：任 一时刻有三个开关导通； 同一桥臂中，上、下两个 开关不能同时导通。如图 6—4所示。
第6章DC-AC变换技术
由于D2、D3(或D1、D4)续流，电压形成一个与导通期间伏秒积相等的负(正)的面积。如果Q1和Q4（Q2和Q3）导通时间超过Ts/4，波形导通时间变化的影响。由此可见，全桥逆变器在感性负载时不宜采用双极性控制方式。 vAB的有效值和瞬时值为： ——为输出电压角频率。 当n=1时，其基波分量的有效值为： 显然当电源电压和负载不变时，其输出功率是半桥电路的4倍。
图6-6 逆变器输出瞬时电压和电流曲线
图6-7 四象限工作情况
图6-8 反并联二极管
3 、逆变器波形指标 实际逆变器的输出波形总是偏离理想的正弦波形，含有谐波成分，为了评价输出波形的品质质量，从电压角度引入下述几个参数指标： 1）谐波因子（Harmonic Factor） 第n次谐波因子HFn定义为第n次谐波分量有效值同基波分量有效之值比，即 2）总谐波（畸变）因子THD (Total harmonic distortion factor) 该参数表征了一个实际波形同基波分量的接近程度。输出为理想正弦波的THD为零。 3）畸变因子（Distortion factor） 总谐波因子指示了总的谐波合量，但它并不能告诉我们每一个谐波分量的影响程度，畸变因子定义： 对于第次谐波的畸变因子定义如下：
图6-13 方波逆变器输出频谱
因此，我们得出方波逆变器输出的频谱图，如图6-13所示，并有以下结论： （1）方波逆变器输出的方波谐波幅度随着n的增加而减小，其减小系数为1/n； (2)偶次谐波不存在； (3)最低次谐波为3次谐波； (4)由于基波和谐波频率差较小，低通滤波器设计相当困难。 图6-14为方波的各次谐波时域图。
图6-12 全桥电路移相控制方式的工作过程
3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波 1)傅立叶级数 傅立叶级数是研究和分析波形形状的工具。为了分析方便，把傅立叶级数的基本定义、概念叙述如下。 在实际问题中，除了正弦函数外，还会遇到许多非正弦的周期函数，为了研究非正弦的周期函数，将周期函数展开成由三角函数组成的级数，即将周期为 的周期函数用一系列三角函数 之和来表示： 其中 都是常数。
第6章PWM技术
由电机学，三相对称正 弦供电时: 总向量恒幅恒速旋转 (电)角速度：w 2f s 代表空间正弦分布且圆 转磁场，u s、es、is 是引用量
26
• 三相交流的空间向量
n=0:15;x=2*pi*n/16;a=2*pi/3;
v=cos(x)+cos(x+a)*exp(j*a) +cos(x-a)*exp(-j*a); plot(v)
16
除计算法和调制法外，还有 空间向量法 跟踪控制方法
17
6.2.2 异步调制和同步调制
载波比N = fc / fo----模拟uo一个周波的脉冲数 1） 异步调制----fc不变， N随fo变 载波与调制波不同步 N常≠整数 对称性差。 当fo较低时，N大------低频性能好。
当fo增高时，N小------高频差
u
ω1
u2Tc
32
空间矢量磁链控制 SVPWM
其它区域也有相应控制规则
SVPWM用电压向量u控制Ψ 沿折线围线,并走走停停逼近圆 开关频率越高,线元usTc越短 Ψ圆越准
33
空间矢量磁链控制 SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
34
SVPWM波形特点
31
空间矢量磁链控制 SVPWM
--仿闭环控制算法 控制方程ΔΨs “=” usTc 按Ψ转向超前90度建u参考轴 u2 用u轴前后电压向量控制Ψ 例如图 矢量 作用 应用条件 u1 u1 正转增幅 Ψ滞后欠幅 u2 正转减幅 滞后超幅 u7,8 停转等待 超前 Ψ 例:Ψ滞后欠幅,用u1 u1Tc Ψ滞后超幅,用u2 Ψ超前,用u7,8 注”相邻原则”:u1u8; u2u7;可减少开关动作
第6章 光伏发电原理_最大功率点跟踪控制
6.1 概述 6.2 定电压跟踪法 6.3 短路电流比例系数法 6.4 扰动观测法 6.5 电导增量法
§6.1 概述
光伏发电系统中，太阳能的利用率除了与太阳电池的自 身内部特性有关外，还受环境（辐射强度、温度等）和 负载因素的影响。
在同一环境条件下，根据负载阻抗太阳电池可工作在I-V 曲线的任一点上
dP dU
=
I
+U
dI dU
=0
dI
I
dU = − U
§6.5.1 电导增量法基本原理
实际以∆P/∆U近似代替dP/dU， ∆I/∆U近似代替dI/dU
⎧ ΔI
⎪ ⎪
ΔU
>
I −U
最大功率点左边
⎪ ΔI
⎨ ⎪
ΔU
=
I −U
最大功率点
⎪ ΔI ⎪⎩ ΔU
<
I ΔU = knA
§6.5.2 变步长电导增量法
基于U-I曲线特性：
¾ 类似恒流区域，∆I变化率很小
¾ MPP附近，∆I变化率较大
¾ 类似恒压区域，∆I变化率很大
根据工作区域设定不同的步长，利用电导增量法进行MPPT
控制
4
恒流区 MPP附近
1000[W/m2]
3
750[W/m2]
恒压区
2
500[W/m2]
而 太 阳 电 池 I-V曲 线 有 一最 大功 率点 （Maximum Power
Point, MPP）
Current [A] Power [W]
4
1000[W/m2]
3
750[W/m2]
2
500[W/m2]
电力电子系统建模：逆变电路动态模型第六章
6. 逆变电路动态模型
写成向量形式： 写成向量形式：
三相PWM逆变器可类似列写。 逆变器可类似列写。 三相 逆变器可类似列写
6. 逆变电路动态模型
6. 逆变电路动态模型
T1 D1 T3 D3 T5 C0 E
D5
A
T4 D4
0 B
T6 D6 T2
C
D2
三相电压源型
开关函数
ui
E2
S2
D2
电感内阻
C
RL
u0
1 ui = E(2S −1) ⇐ S = 0
S1(D1)导通 导通 S2(D2)导通 导通
非线性部分 非线性部分 (开关网络 开关网络) 开关网络
线性部分
由于开关函数S的存在，使得 幅值变化不连续，故对上式取开关周期平均值： 由于开关函数 的存在，使得ui幅值变化不连续，故对上式取开关周期平均值： 的存在
－
PI
Urm
×Leabharlann U0sinωtuc PI ur －
＋ －
驱动
u0
电压平均值
电压瞬时值反馈: 改善波形畸变 电压瞬时值反馈 依此不难设计控制器。 依此不难设计控制器。 电压平均值反馈: 电压平均值反馈: 保证静差
6. 逆变电路动态模型
6. 2 三相变流器动态建模
三相PWM变流器主要由三相 三相 变流器主要由三相PWM变流器功率回路、PWM调制器、电流控制 变流器功率回路、 调制器、 变流器主要由三相 变流器功率回路 调制器 电压控制器构成。为进行电流控制环和电压控制环控制器的设计， 器、电压控制器构成。为进行电流控制环和电压控制环控制器的设计，主要需解 变流器功率回路 回路、 调制器部分的建模问题。 决变流器功率回路、PWM调制器部分的建模问题。 调制器部分的建模问题 三相PWM变流器建模的步骤如下： 变流器建模的步骤如下： 三相 变流器建模的步骤如下 (1) 建立开关模型。开关模型关于时间轴是不连续的，为时变系统。 建立开关模型。开关模型关于时间轴是不连续的，为时变系统。 (2) 建立静止坐标系平均模型。静止坐标系平均模型是对在静止坐标系下原开关模 建立静止坐标系平均模型。 型经开关周期平均而得到。它关于时间轴是连续的，但仍为时变系统。 型经开关周期平均而得到。它关于时间轴是连续的，但仍为时变系统。 (3) d-q旋转坐标系平均模型。将静止坐标系平均模型经 坐标变换，得到 旋 旋转坐标系平均模型。 坐标变换， 旋转坐标系平均模型 将静止坐标系平均模型经d-q坐标变换 得到d-q旋 转坐标系平均模型。它一般仍是非线性系统。 转坐标系平均模型。它一般仍是非线性系统。 (4) 求线性化小信号交流模型。 求线性化小信号交流模型。 三相PWM变流器可分为三相 变流器可分为三相PWM整流器、三相 整流器、 逆变器， 三相 变流器可分为三相 整流器 三相PWM逆变器，如图。 逆变器 如图。
电源逆变器课程设计
电源逆变器课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电源逆变器的基本原理，掌握其工作流程及关键部件功能。
2. 掌握电源逆变器的种类、性能指标及其在生活中的应用。
3. 了解电源逆变器相关的安全知识及使用注意事项。
技能目标：1. 能够分析电源逆变器的电路图，并进行简单的设计与搭建。
2. 学会使用万用表、示波器等工具对电源逆变器进行性能测试。
3. 能够运用所学知识解决实际生活中与电源逆变器相关的简单问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发创新意识，提高实践能力。
2. 增强学生的团队合作意识，培养沟通、协作能力。
3. 培养学生关注环保、节能，提高社会责任感。
课程性质：本课程属于电子技术领域，以实践操作为主，注重理论知识与实践技能的结合。
学生特点：初中年级学生，具备一定的物理知识和动手能力，对电子技术有一定的好奇心。
教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高学生的实践操作能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效评估。
二、教学内容1. 电源逆变器的基本原理：包括逆变器的工作原理、关键部件（如整流器、滤波器、逆变器电路等）的作用及相互关系。
- 教材章节：第三章“电源逆变器原理及其应用”2. 电源逆变器的种类及性能指标：介绍不同类型的电源逆变器，如方波逆变器、正弦波逆变器等，及其性能参数、适用范围。
- 教材章节：第四章“电源逆变器的种类及性能参数”3. 电源逆变器的应用：分析电源逆变器在生活中的应用实例，如车载逆变器、太阳能逆变器等。
- 教材章节：第五章“电源逆变器的应用实例”4. 电源逆变器电路分析与设计：学习电源逆变器电路分析方法，进行简单电路设计与搭建。
- 教材章节：第六章“电源逆变器电路分析与设计”5. 电源逆变器性能测试：掌握使用万用表、示波器等工具对电源逆变器性能进行测试的方法。
- 教材章节：第七章“电源逆变器性能测试与调试”6. 安全知识及使用注意事项：了解电源逆变器使用过程中的安全常识，强调注意事项。
弧焊电源复习题答案4
同学们，我把弧焊电源的复习题整理了一下，由于第三章我没去上课，题些暂时做不起，其他题整理了哈，但不一定正确，仅供大家参考。
弧焊电源复习题（本科）（2011年11月）名词解释1．名词解释：1、撞击电离：在电场中，被加速的带电质子（电子、离子）与中性质点碰撞后发生的电离。
2、热电离：在高温下，具有高动能的气体原子（或分子）互相碰撞而引起的电离。
3、电子发射：在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出电子的现象称为电子发射。
4、焊接电弧的动特性：是指在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系：U f=f(i f)。
5、弧焊电源的外特性：在电源参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值U y与输出的电流稳定值I y之间的关系U y=f(I y)。
2．名词解释：1、气体原子的电离：使电子完全脱离原子核的束缚，形成离子和自由电子的过程。
2、热发射：物质的固体或液体表面受热后，其中某些电子具有大于逸出功的能量而逸出到表面的空间中去的现象。
3、重离子撞击发射：能量大的重粒撞到阴极上，引起电子的逸出，称为重离子撞击发射4、光电离：气体原子（或分子）吸收了光射线的光子能而产生的电离。
5、焊接电源的额定负载持续率：指设备能够在额定电压，额定电流或额定功率的情况下负荷工作时间的比率。
P373．名词解释：1、气体原子的激发：气体原子得到了外加的能量，电子从一个较低的能级跳跃到一个较高的能级，这是原子就处于“激发”状态。
2、光电发射：物体的固体或液体表面接受光射线的能量而释放出自由电子的现象。
3、强电场作用下的自发射：物体的固体或液体表面，存在强电场并在表面附近形成较大的电位差是，阴极有较多的电子发射出来的现象。
4、焊接电弧的静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压U f 与电弧电流I f之间的关系。
5、弧焊电源的负载特性：第一章焊接电弧的电特性4．画图说明焊接电弧的压降分布？答：p9图1-45．焊接电弧的静特性曲线呈什么形状（分为哪几段）？是怎么形成的？P10 图1-56．说明焊接电弧的静特性曲线的各区段分别对应哪些焊接工艺方法？答：下降段由于电弧燃烧不稳定而很少采用。
电力电子变流技术课后答案第6章
第六章无源逆变电路习题与思考题解6-1.无源逆变电路和有源逆变电路的区别有哪些解：无源逆变电路就是将直流电能转换为某一固定频率或可变频率的交流电能，并且直接供给负载使用的逆变电路。
有源逆变电路就是将直流电能转换为交流电能后，又馈送回交流电网的逆变电路。
这里的“源”即指交流电网，或称交流电源。
6-2.什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路各有什么特点解：根据逆变器直流侧电源性质的不同可分为两种，直流侧是电压源的称为电压型逆变器，直流侧是电流源的称为电流型逆变器。
电压型逆变器，其中间直流环节以电容贮能，具有稳定直流侧电压的作用。
直流侧电压无脉动、交流侧电压为矩形波，多台逆变器可以共享一套直流电源并联运行。
由于PWM（脉宽调制）技术的出现和发展，使得电压和频率的调节均可在逆变过程中由同一逆变电路完成，应用更为普遍。
电流型逆变器，中间直流环节以电感贮能，具有稳定直流侧电流的作用。
它具有直流侧电流无脉动、交流侧电流为矩形波和便于能量回馈等特点。
一般用于较大功率的调速系统中，如大功率风机、水泵等。
6-3.试说明电压型逆变电路中续流二极管的作用。
解：对于电感性负载，由于电感的储能作用，当逆变电路中的开关管关断时，负载电流不能立即改变方向，电流将保持原来的流向，必须通过与开关管反向并联的大功率二极管进行续流，来释放电感中储存的能量，这就是电压型逆变电路中续流二极管的作用。
若电路中无续流二极管，开关管关断时，由于电感中的电流将产生很大电流变化率，从而在电路中引起很高的过电压，对电路的器件或绝缘产生危害。
6-4试述180O导电型电压型逆变电路的换流顺序及每60O区间导通管号。
解：参阅教材P101中的图6-4（g）。
180 O导电型电压型逆变电路，每个开关管在每个周期中导通180 O，关断时间也是180 O，换流（换相）是在同一个桥臂的上、下两个开关管之间进行，亦称纵向换相。
换流顺序为每一次在同一桥臂上的V11和V14，V13和V16，V15和V12，每对管各自间隔180 O换相一次。
逆变器安装施工方案
×××光伏发电项目逆变器安装施工方案批准：审核：编写：×××有限公司2020 年 10 月 22 日目录第一章安装前检查 (1)1 按照机箱内的装箱单，检查交付完整性 (1)第二章需要使用的安装工具及零件 (1)第三章机械安装保证措施 (1)1 外形尺寸 (1)2 逆变器机械安装注意事项 (1)第四章电气接线及步骤 (2)1 逆变器电器安装注意事项 (2)2 对外接线端子介绍 (2)3 输入接线 (2)4 输出连线 (3)5 通讯接线 (3)6 端子大小与连接线径 (3)第五章逆变器的试运行 (3)第六章逆变器的验收 (3)1 验收： (3)第七章逆变器的维护及注意事项 (4)第一章安装前检查1 按照机箱内的装箱单，检查交付完整性：1.1 光伏阵列逆变器1.2 钥匙1.3 合格证1.4 保修卡1.5 产品使用手册1.6 出厂检查记录虽然产品出厂前已经测试和检测过，但是在运输过程中可能会出现损失情况，所以在安装之前还应进行检查一下，若检测到任何损坏情况请与运输公司或产品提供公司联系。
并应拍有照片以作考证。
第二章需要使用的安装工具及零件第三章机械安装保证措施1 外形尺寸各类型逆变器体积尺寸一般相同。
2 逆变器机械安装注意事项2.1 逆变器的防护等级满足户外安装的要求。
但逆变器是电子设备，因此尽量不要将其放置在潮湿的地方。
2.2 一般的逆变器冷却方式为自然冷却，为了保证逆变器正常运行及使用寿命，尽量不要将其安装在阳光直射或者环境温度过高的区域。
2.3 请确定逆变器安装柱体有足够的强度承受其重量。
2.4 户外安装的逆变器，在雨雪天时不得进行开箱操作！2.5 白天安装光伏组件时，应用不透光的材料遮住光伏组件。
否则在太阳光下，光伏组件会产生很高的电压，可能导致电击危险。
2.6 箱体的各个进出线孔应堵塞严密,以防小动物进入箱内发生短路。
2.7 安装方式选择原则2.7.1 光伏逆变器安装方式可以根据工作现场的实际情况做出选择，本工程采用的固定式。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第6章
电⼒拖动⾃动控制系统-运动控制系统习题解答第6章第6章习题解答6-1 ⼀台三相笼型异步电动机铭牌数据为：额定电压V U N 380=，额定转速min /960r n N =，额定频率Hz f N 50=，定⼦绕组Y 联接。
由实验测得定⼦电阻Ω=35.0s R ，定⼦漏感H L s 006.01=，定⼦绕组产⽣⽓隙主磁通的等效电感H L m 26.0=，转⼦电阻Ω=5.0'r R ，转⼦漏感H L r 007.0'1=，转⼦参数已折合到定⼦侧，忽略铁⼼损耗。
（1）．画出异步电动机T 型等效电路和简化等效电路；（2）．额定运⾏时的转差率N s ，定⼦额定电流N I 1和额定电磁转矩；（3）．定⼦电压和频率均为额定值时，理想空载时的励磁电流0I ；（4）．定⼦电压和频率均为额定值时，临界转差率m s 和临界转矩m T ，画出异步电动机的机械特性。
解：（1）．异步电动机T 型等效电路和简化等效电路R L 'LL 'L（2）．额定运⾏时的转差率100096041000100N s -==根据简化等效电路，定⼦额定电流1N I =额定电磁转矩'2113pr e NNn R T Is ω=，其中，160605031000N p f n n ?===，12N f ωπ=（3）．定⼦电压和频率均为额定值时，理想空载时的励磁电流0I =（4）．定⼦电压和频率均为额定值时，临界转差率2'212')(lr ls s r m L L R R s ++=ω和临界转矩em T =异步电动机的机械特性eT ns n 1emms 06-2 异步电动机参数如6-1题所⽰，画出调压调速在12N U 和23N U 时的机械特性，计算临界转差率m s 和临界转矩m T ，分析⽓隙磁通的变化，在额定电流下的电磁转矩，分析在恒转矩负载和风机类负载两种情况下，调压调速的稳定运⾏范围。
解：调压调速在12N U 和23N U 时的机械特性T en s临界转差率2'212')(lr ls s r m L L R R s ++=ω12N U 时，临界转矩em T=⽓隙磁通1ΦSm s N≈ 23N U 时，临界转矩em T=⽓隙磁通1ΦSm s N ≈带恒转矩负载L T ⼯作时，稳定⼯作范围为0m s s <<，带风机类负载运⾏，调速范围01s <<。
电力电子变流技术课后答案第6章
第六章无源逆变电路习题与思考题解6-1. 无源逆变电路和有源逆变电路的区别有哪些解：无源逆变电路就是将直流电能转换为某一固定频率或可变频率的交流电能，并且直接供给负载使用的逆变电路。
有源逆变电路就是将直流电能转换为交流电能后，又馈送回交流电网的逆变电路。
这里的“源”即指交流电网，或称交流电源。
6-2. 什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路各有什么特点解：根据逆变器直流侧电源性质的不同可分为两种，直流侧是电压源的称为电压型逆变器，直流侧是电流源的称为电流型逆变器。
电压型逆变器，其中间直流环节以电容贮能，具有稳定直流侧电压的作用。
直流侧电压无脉动、交流侧电压为矩形波，多台逆变器可以共享一套直流电源并联运行。
由于PW(脉宽调制) 技术的出现和发展，使得电压和频率的调节均可在逆变过程中由同一逆变电路完成，应用更为普遍。
电流型逆变器，中间直流环节以电感贮能，具有稳定直流侧电流的作用。
它具有直流侧电流无脉动、交流侧电流为矩形波和便于能量回馈等特点。
一般用于较大功率的调速系统中，如大功率风机、水泵等。
6-3. 试说明电压型逆变电路中续流二极管的作用。
解：对于电感性负载，由于电感的储能作用，当逆变电路中的开关管关断时，负载电流不能立即改变方向，电流将保持原来的流向，必须通过与开关管反向并联的大功率二极管进行续流，来释放电感中储存的能量，这就是电压型逆变电路中续流二极管的作用。
若电路中无续流二极管，开关管关断时，由于电感中的电流将产生很大电流变化率，从而在电路中引起很高的过电压，对电路的器件或绝缘产生危害。
6-4试述180°导电型电压型逆变电路的换流顺序及每60°区间导通管号。
解：参阅教材P101中的图6-4 (g)。
180 °导电型电压型逆变电路，每个开关管在每个周期中导通180 °,关断时间也是180。
，换流（换相）是在同一个桥臂的上、下两个开关管之间进行，亦称纵向换相。
第6章(2)：电压空间矢量PWM控制技术48
（6-53）
（6-54）
零矢量的使用 ◆换相周期 T0 应由旋转磁场所需的频率决定， T0 与 t1+ t2 未必相等，其间隙时间可用零矢量 u7 或 u8 来填补。为了减少功率器件的开关次数，一般 使 u7 和 u8 各占一半时间，因此
1 t7 t8 (T0 t1 t 2 ) 2
如果，图中的逆变器采用180°导通型，功率开 关器件共有8种工作状态（见附表） ，其中
◆ 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 VT1、VT3、VT5 全部导通 ◇下桥臂开关 VT2、VT4、VT6 全部导通
开关控制模式 ◆对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周 期中6 种有效的工作状态各出现一次。
图6-33 电压空间矢量的放射形式和6个扇区
◆在常规六拍逆变器中一个扇区仅包含两个开关 工作状态。
◆如果想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场， 就必须在每一个期间内出现多个工作状态， 以形成更多的相位不同的电压空间矢量。为 此，必须对逆变器的控制模式进行改造。
圆形旋转磁场逼近方法
◆ PWM控制显然可以适应上述要求，问题是，怎 样控制PWM的开关时间才能逼近圆形旋转磁场。 ◆科技工作者已经提出过多种实现方法，例如线 性组合法，三段逼近法，比较判断法等[31]，这 里只介绍线性组合法。
基本思路
◆如果要逼近圆形，可以增加切换次数，设想磁 链增量由图中的11 ， 12 ， 13 ， 14 这4 段组成。这时，每段施加的电压空间矢量的相位 都不一样，可以用基本电压矢量线性组合的方法 获得
图6-31 逼近圆形时 的磁链增量轨迹
线性组合的方法
电力电子逆变器课程设计
电力电子逆变器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解电力电子逆变器的基本概念，掌握其工作原理及电路构成。
2. 学生能够掌握电力电子器件的类型及在逆变器中的应用，了解不同器件的性能特点。
3. 学生能够了解逆变器在不同应用场景中的功能，如太阳能发电、电动汽车等。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的电力电子逆变器电路。
2. 学生能够运用相关软件（如PSPICE、MATLAB等）进行逆变器电路仿真，分析电路性能。
3. 学生能够通过实验操作，验证逆变器电路的正确性，并学会调试和优化电路。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电力电子技术的兴趣，提高对新能源技术的认识，增强环保意识。
2. 学生通过课程学习，培养团队协作精神，提高沟通与交流能力。
3. 学生能够认识到电力电子技术在现代社会中的重要性，激发对相关领域的学习和研究热情。
课程性质分析：本课程为电子技术专业课程，旨在让学生掌握电力电子逆变器的基础知识，培养其实际应用能力。
学生特点分析：学生具备一定的电子技术基础知识，对电力电子器件和应用场景有一定了解，但可能对逆变器具体设计和实践操作较为陌生。
教学要求：1. 结合课本知识，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 注重启发式教学，引导学生主动探索，培养学生的创新思维。
3. 强调团队合作，提高学生的沟通能力和协作精神。
二、教学内容1. 电力电子逆变器基本原理- 逆变器电路拓扑结构- 逆变器工作原理及转换过程- 逆变器在不同应用场景的功能2. 电力电子器件及应用- 常用电力电子器件的类型及特性- 不同器件在逆变器电路中的应用- 器件选型原则及电路设计注意事项3. 逆变器电路设计- 逆变器电路参数计算- 电路仿真软件的使用（如PSPICE、MATLAB等）- 逆变器电路设计实例分析4. 逆变器实验操作与调试- 实验室设备及实验原理- 实验步骤及操作方法- 逆变器电路调试与优化5. 逆变器应用案例分析- 太阳能发电系统逆变器应用- 电动汽车逆变器应用- 其他新能源领域逆变器应用案例教学内容安排与进度：第一周：电力电子逆变器基本原理第二周：电力电子器件及应用第三周：逆变器电路设计第四周：逆变器实验操作与调试第五周：逆变器应用案例分析教材章节及内容关联：《电力电子技术》第四章：电力电子逆变器《电力电子器件与应用》第三章：常用电力电子器件及其应用《电力电子电路设计与实践》第六章：逆变器电路设计及实验操作三、教学方法1. 讲授法：- 对于电力电子逆变器的基本原理、器件特性及电路设计等理论知识，采用讲授法进行教学，使学生在短时间内掌握课程核心内容。
逆变电路的基本工作原理
第5章逆变电路主要内容：换流方式，电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。
重点：换流方式，电压型逆变电路。
难点：电压型逆变电路，电流型逆变电路。
基本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。
逆变概念：逆变——直流电变成交流电，与整流相对应。
本章无源逆变逆变电路的应用：蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路。
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
本章仅讲述逆变电路基本内容，第6章PWM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开1换流方式（1）逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例：S1～S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正S1；S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o为负，把直流电变成了交流电。
改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。
图5-1 逆变电路及其波形举例电阻负载时，负载电流i o和u o的波形相同，相位也相同。
阻感负载时，i o滞后于u o，波形也不同（图5-1b）。
t1前：S1、S4通，u o和i o均为正。
t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，u o变负，但i o不能立刻反向。
i o从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，i o逐渐减小，t2时刻降为零，之后i o才反向并增大（2）换流方式分类换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相。
开通：适当的门极驱动信号就可使其开通。
关断：全控型器件可通过门极关断。
半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断，一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。
研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
本章换流及换流方式问题最为全面集中，因此在本章讲述1、器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation）。
单相dcac逆变器课程设计
单相dc ac逆变器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握单相DC-AC逆变器的基本原理和工作流程；2. 让学生了解并掌握单相DC-AC逆变器中主要元件的功能及相互关系；3. 使学生能够运用所学知识，分析单相DC-AC逆变器电路的性能及可能存在的问题。
技能目标：1. 培养学生动手搭建和调试单相DC-AC逆变器电路的能力；2. 培养学生运用相关仪器和设备进行电路测试和分析的能力；3. 提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术及其应用的兴趣，激发学生的创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验安全，养成良好的实验习惯；3. 增强学生的团队协作意识，培养学生在团队合作中解决问题的能力。
课程性质：本课程为电子技术实践课程，强调理论联系实际，注重培养学生的动手能力和实际操作技能。
学生特点：学生已具备一定的电子技术基础，对单相DC-AC逆变器有一定了解，但对实际操作和电路分析尚需加强。
教学要求：结合学生特点和课程性质，以实践为主，理论教学为辅，注重培养学生的实际操作能力和分析解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，并具备进一步深入研究电力电子技术的能力。
二、教学内容1. 理论教学：a. 单相DC-AC逆变器基本原理及工作流程介绍；b. 单相DC-AC逆变器主要元件功能及选型；c. 单相DC-AC逆变器电路分析与性能评估。
2. 实践教学：a. 单相DC-AC逆变器电路搭建及调试；b. 逆变器输出波形测试及分析；c. 逆变器电路故障排查及优化。
教学大纲安排：1. 第一周：介绍单相DC-AC逆变器基本原理及工作流程，让学生了解逆变器的作用和重要性；2. 第二周：讲解逆变器主要元件功能及选型，指导学生进行元件选型和电路设计；3. 第三周：进行逆变器电路分析与性能评估，使学生掌握电路性能评价方法；4. 第四周：实践教学，指导学生搭建和调试逆变器电路，提高学生动手能力；5. 第五周：进行逆变器输出波形测试及分析，培养学生运用理论知识解决实际问题的能力；6. 第六周：进行逆变器电路故障排查及优化，提高学生分析问题和解决问题的能力。
第6章PWM控制技术概要
第6章PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，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。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：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。
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。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
第6章 逆变器
小。把它用于埋弧自动焊时，焊接过程稳定，焊缝成形良好，提高了焊接接
头的机械性能。因此近几年来，矩形波交流弧焊电源的研制和生产有了很大 的发展，应用范围也日益广泛。
第六章 弧焊逆变器
20
a）50：50
b）70：30
矩形波交流晶闸管式逆变器主电路图 c）30：70 电流波形正、负半波通电时间比示意图
第六章 弧焊逆变器
21
矩形波交流的获得原理
逆变器式矩形波交流弧焊电源主电路由变压器、晶闸管整流器、晶闸管
逆变器等组成。工频正弦波交流电压经主变压器降压和晶闸管整流的整 流，成为几十伏的直流电压，再通过晶闸管逆变器的开关转换，成为矩
形波交流电流。实质上它是通过“AC—DC—AC—DC—AC”的逆变体
制来获得矩形波交流电流输出的。
时，工作频率都会自动降低。
第六章 弧焊逆变器 18
3 直流脉冲和矩形波交流输出的获得方法
1) 直流脉冲输出的获得方法
对于薄板和热敏感大的金属材料的焊
接，以及进行全位置焊接等场合，一 般需用直流脉冲电流焊接。对串联逆
变弧焊电源的电流调节是控制“恒定
脉宽发生器” 输入电位改变逆变频率 达到输出电流的调节。若在“恒定脉
第六章 弧焊逆变器
2
输入整流器（，把高压小电流转变为符合焊接工艺需要的低电压大电流 输入滤波器，由带间隙的普通电抗器和电 中频变压器 单相或三相整流桥），把 大功率快速晶闸管组VH，作为大功率高压电子开关， 输出快速整流器，把低电压中频交流电整流为直流电。 50Hz（或60Hz）工频电压变成直流电压。 容器组成，使输入直流变得比较平滑。 一、 主要组成与基本原理 输出。它的铁心材料常用铁氧体或用非晶态合金、微晶、高ρ值硅钢片。 把直流电压(电流)逆变成为数千赫兹的中频电压(电流)。 输出滤波器，使脉动系数较大的直流电变得比较平滑，需采用中频滤波器。
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6.2 光伏逆变器的原理电路
1.三相电压型逆变器 三相电压型逆变器的基本电路如图6-8所示。该电路主要 由6只功率开关器件和6只续流二极管以及带中性点的直流 电源构成。图中负载L和R表示三相负载的各路相电感和相 电阻。
图6-8 三相电压型逆变器电路原理图
6.2 光伏逆变器的原理电路
功率开关器件VTl～VT6在控制电路的作用下，当控制信 号为三相互差120°的脉冲信号时，可以控制每个功率开关 器件导通180或120，相邻两个开关器件的导通时间互差 60°。逆变器三个桥臂中上部和下部开关元件以180°间隔 交替开通和关断，VTl～VT6以60的电位差依次开通和关 断，在逆变器输出端形成a、b、c三相电压。
图6-5 三级逆变器电路原理图
6.2 光伏逆变器的原理电路
逆变器波形变换
图6-6 逆变器波形 变换过程示意图
6.2 光伏逆变器的原理电路
4. 逆变器输出波形 方波：简单、便宜、使用方便，含高次谐波、损耗大， 干扰大、不能上网； 梯形波：高次谐波少，整机效率高；电磁干扰、不能上 网； 正弦波：波形好、性能优、可并网；线路复杂、贵。
6.2 光伏逆变器的原理电路
控制电路输出的开关控制信号：方波、阶梯波、脉宽调 制方波、脉宽调制三角波和锯齿波等；后三种脉宽调制的 波形都是以基础波作为载波，正弦波作为调制波，最后输 出正弦波波形。普通方波和被正弦波调制的方波的区别如 图6-9所示。普通方波信号是连续导通的，而被调制的方波 信号要在正弦波调制的周期内导通和关断N次。
6.2 光伏逆变器的原理电路
6.2.1 单相逆变器电路原理
1.推挽式逆变电路 推挽式逆变电路原理如图6-2所示。该电路由两只共负极 连接的功率开关管和一个初级带有中心抽头的升压变压器 组成。升压变压器的中心抽头接直流电源正极，两只功率 开关管在控制电路的 作用下交替工作，输 出方波或三角波的交 流电力。
6.2 光伏逆变器的原理电路
6.2.3并网型逆变器的电路原理
并网逆变器不仅要将太阳能光伏发电系统输出的直流电 转换为交流电，还要对交流电的电压、电流、频率、相位 与同步等进行控制，还要解决对电网的电磁干扰、自我保 护、单独运行和孤岛效应以及最大功率跟踪等技术问题。
图6-11 并网光伏逆变系统结构示意图
图6-2 推挽式逆变电路原理图
6.2 光伏逆变器的原理电路
3.全桥式逆变电路 全桥式逆变电路原理如图6-4(a)所示。该电路由四只功率 开关管和变压器等组成。功率开关管VTl、VT4和VT2、VT3 反相，VTl、VT3和VT2、VT4轮流（以频率f交替切换）导 通，使负载两端得到交流（方波）电能，其周期T=1/f。
6.1 光伏逆变器概述
6.1.2 光伏逆变器的电路构成
逆变器的基本电路构成如图6-1所示。主要由输入电路、 输出电路、主逆变开关电路(简称主逆变电路)、控制电路、 辅助电路和保护电路等构成。
图6-1 逆变器基本电路构成示意图
6.1 光伏逆变器概述
1.输入电路 逆变器的输入电路主要是为主逆变电路提供可确保其正 常工作的直流工作电压。 2.主逆变电路 主逆变电路是逆变器的路分为 隔离式和非隔离式两大类。 3.输出电路 逆变器的输出电路主要是对主逆变电路输出的交流电的 波形、频率、电压、电流的幅值、相位等进行修正、补偿、 调理，使之能满足使用需求。
6.2 光伏逆变器的原理电路
独立光伏系统对逆变器的基本要求： （1）运行要良好 要求所有组成独立光伏系统逆变器的元器件性能要好， 保护功能较强，如对过热、过载、直流极性接反、交流输 出短路等的保护。 （2）整机效率要高 特别是在低负荷下供电时，仍须有较高的效率，这是独 立光伏发电系统专用逆变器性能优于通用逆变器的特点。 （3）输出电压的失真度要低 当逆变器的输出电压为方波或非正弦波时，在输出电压 中除基波外还有高次谐波。高次谐波电流在电感性负载上 产生涡流等附加损耗，导致部件严重发热，不利于电气设 备的安全运行。为了与公共电网“合拍”，即波形、频率、 周期等一致，逆变器的输出波形最好与电网正弦波相同。
6.1 光伏逆变器概述
6.1.1 光伏逆变器的分类
逆变器的分类
输出波形 方波逆变器 阶梯波逆变器 正弦波逆变器 运行方式 离网逆变器 并网逆变器 输出交流电相数 单相逆变器 三相逆变器 功率流动方向 单向逆变器 双向逆变器
功率较小(<4kW)的光伏发电系统一般采用正弦波逆变 器。 逆变器的显示功能主要包括：直流输入电压和电流的 测量值，交流输出电压和电流的测量值，逆变器的工作状 态（运行、故障、停机等）。
6.2 光伏逆变器的原理电路
6.2.1 单相逆变器电路原理
逆变器的工作原理是通过功率半导体开关器件的开通和 关断作用，把直流电能变换成交流电能的。电路中都使用 具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对 功率器件发出开、关脉冲控制信号，控制各个功率器件轮 流导通和关断，再经过变压器藕合升压或降压后，整形滤 波输出符合要求的交流电。 单相逆变器的基本电路有推挽式、半桥式和全桥式三种。
6.1 光伏逆变器概述
4.控制电路 逆变器的控制电路主要是为主逆变电路提供一系列的控 制脉冲来控制逆变开关器件的导通与关断，配合主逆变电 路完成逆变功能。 5.辅助电路 辅助电路主要是将输入电压变换成适合控制电路工作的 直流电压。辅助电路还包含多种检测、显示电路。逆变器 的显示功能主要包括：直流输入电压和电流的测量值，交 流输出电压和电流的测量值，逆变器的工作状态（运行、 故障、停机等）。 6.保护电路 逆变器的保护电路主要包括输入过压、欠压保护，输出 过压、欠压保护，过载保护，过流和短路保护，接反保 护，过热保护等。
图6-4 全桥式逆变器工作原理图
6.2 光伏逆变器的原理电路
三级逆变电路 单级 (DC-AC) 两级(DC-DC-AC) 三级(DC-AC-DCAC)逆变电路，具体工作过程： 首先将太阳能电池方阵输出的直流电(如24V、48V、 110V、220V等)通过高频逆变电路逆变为波形为方波的交流 电，逆变频率一般在几千赫兹到几十千赫兹，再通过高频 升压变压器整流滤波后变为高压直流电，然后经过第三级 DC-AC逆变为所需要的220V或380V工频交流电。
图6-9 方波与被调制方波波形示意图
6.2 光伏逆变器的原理电路
2.三相电流型逆变器 电流型逆变器的直流输入电源是一个恒定的直流电流 源，需要调制的是电流，若一个矩形电流注入负载，电压 波形则是在负载阻抗的作用下生成的。在电流型逆变器 中，有两种不同的方法控制基波电流的幅值，一种方法是 直流电流源的幅值变化法，这种方法使得交流电输出侧的 电流控制比较简单；另一种方法是用脉宽调制来控制基波 电流。三相电流型逆变器的基本电路如图6-10所示。该电路 由6只功率开关器件和6只阻断二极管以及直流恒流电源、 浪涌吸收电容等构成，R为用电负载。
6.1 光伏逆变器概述
6.1.3 光伏逆变器的主要元器件
逆变器主要由半导体功率器件和逆变器驱动、控制电路 两大部分组成。目前的逆变器多数采用功率场效应晶体管 (VMOSFET )、绝缘栅极晶体管( IGBT )、可关断晶体管 (GTO)、MOS控制晶体管(MGT)、MOS控制晶闸管(MCT)、 静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)以及智能型 功率模块(IPM)等多种先进且易于控制的大功率器件，控制 逆变驱动电路也从模拟集成电路发展到单片机控制，甚至 采用数字信号处理器(DSP)控制，使逆变器向着高频化、节 能化、全控化、集成化和多功能化方向发展。
6.2 光伏逆变器的原理电路
1.并网逆变器的技术要求 （1）要求逆变器必须输出正弦波电流。 （2）要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均 能高效运行。 （3）要求逆变器能使光伏方阵始终工作在最大功率点状 态。 （4）要求具有较高的可靠性。 （5）要求有较宽的直流电压输入适应范围。 （6）要求逆变器体积小、重量轻，以便于室内安装或墙 壁上悬挂。 （7）要求在电力系统发生停电时，并网光伏系统既能独 立运行，又能防止孤岛效应，能快速检测并切断向公用电 网的供电，防止触电事故的发生。待公用电网恢复供电 后，逆变器能自动恢复并网供电。
6.2 光伏逆变器的原理电路
2.三相电流型逆变器
图6-10 三相电流型逆变器电路原理图
6.2 光伏逆变器的原理电路
三相电流型逆变器也是由三组上下一对的功率开关元件 构成，但开关动作的方法与电压型不同。由于在直流输入 侧串联了大电感L，使直流电流的波动变化较小，当功率开 关器件开关动作和切换时，都能保持电流的稳定和连续。 因此三个桥臂中上边开关元件VTl、VT3、VT5中的一个和 下边开关元件VT2、VT4、VT6中的一个，均可按每隔1/3周 期分别流过一定值的电流，输出的电流波形是高度为该电 流值的l20°通电期间的方波。另外，为防止连接感性负载 时电流急剧变化而产生浪涌电压，在逆变器的输出端并联 了浪涌吸收电容C。
6.2 光伏逆变器的原理电路
三相并网逆变器的原理电路
图6-12 三相并网逆变器电路原理示意图
6.2 光伏逆变器的原理电路
图6-6 输出波形示意图
6.2 光伏逆变器的原理电路
6.2.2 三相逆变器电路原理
单相逆变器电路由于受到功率开关器件的容量、零线 (中性线)电流、电网负载平衡要求和用电负载性质等的限 制，容量一般都在100kVA以下，大容量的逆变电路大多 采用三相形式。三相逆变器按照直流电源的性质不同分 为三相电压型逆变器和三相电流型逆变器。
6.2 光伏逆变器的原理电路
2.并网逆变器的电路原理 （1）三相并网逆变器电路原理 三相并网逆变器输出电压一般为交流380V或更高电压， 频率为50/60Hz。三相并网逆变器多用于容量较大的光伏发 电系统，输出波形为标准正弦波，功率因数接近1.0。 三相并网逆变器电路分为主电路和微处理器电路两部分： 主电路主要完成DC-DC-AC的转换和逆变过程；微处理器 电路主要完成系统并网的控制过程。 并网控制的目的：使逆变器输出的交流电压值、波形、 相位等维持在规定的范围内，因此，微处理器控制电路要 完成电网相位实时检测、电流相位反馈控制、光伏方阵最 大功率跟踪以及实时正弦波脉宽调制信号发生等内容。