第八章 组合变流电路

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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
负载电流比电压滞后， 在电压正半周，电流 有一段区间为正，一 段区间为负。 负载电流为正的区间， V1和V4导通时，uo等 于 Ud 。 V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0 负载电流为负的区间，V1和V4仍导通，io为负，实 际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud 。

义角度讲变频器是一种变频装置或称变频电源，它 能根据实际需要将输入的交流电或直流电变换成频率固 定或频率可调的交流电输出给负载。 最早的变频装置是旋转变流机组(电动机－发电机)，其 缺点是设备体积庞大，机组旋转而噪声大。随着电力电 子技术的发展，现在则由基于电力电子技术的静止变频 装置所取代。如中频电源、步进电动机和无刷直流电动 机的驱动电源、电动汽车电动机的驱动电源等。
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
三相SPWM逆变电路和PWM控制方式
三相的PWM控制公 用三角波载波uc 三相的调制信号urU、 urV和urW依次相差 120°
图4.17 三相桥式PWM型逆变电路（p121，图4.28）
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
u
u rU u
图4.10（P108，图4.10）
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4.4.2 三相电压型逆变电路
基本工作方式——180°导电方式
每个桥臂导电180°， 同一相上下两臂交替导 电，各相开始导电的角 度相差120 °。 任一瞬间有三个桥臂同 时导通。
每次换流都是在同一相 上下两臂之间进行，也 称为纵向换流。
图4.10（P108，图4.10）
uo Ud
O -U d
wt
表示uo的基波分量
在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，当ur＜uc时， 使V3导通，V4关断，uo＝-Ud；当ur＞uc时，使V3关断， V4导通，uo=0。这样，就得到了SPWM波形uo。
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
双极性PWM控制方式
u ur uc
AC
电流源型变频器（直流侧是电流源）
AC
50Hz
可 整
控 流
DC
AC 逆 变
图4.2（图2 P102，图4.1）
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4.2 逆变器基本工作原理
负载
逆变电路最基本的 工 作 原 理 —— 改 变 两组开关切换频率， 可改变输出交流电频 率。改变输入直流电 平的大小可改变交流 电的幅值。
uo io t1 t2
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4.4 电压型逆变电路
电压型逆变电路的特 点 (1)直流侧为电压源 或并联大电容，直流侧 电压基本无脉动。 (2)输出电压为矩形 波，输出电流因负载阻 抗不同而不同。
图4.7 单相全桥电路（P105，图4.6）
(3)阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向 直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并 联反馈二极管。
图4.13（P119，图4.25)
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
产生SPWM波形的常用方法——计算法、调制法和跟踪 控制法 调制法:结合IGBT单相桥式电压型逆变电路进行说明, 把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号 作为载波。
工作时V1和V2通断互 补，V3和V4通断也互 补。 以uo正半周为例，V1 通，V2断，V3和V4交 替通断。 图4.14 单相桥式PWM逆变电路（p120, 图4.26）
u
uc ur O
wt
uo
u of
uo Ud
O -U d
wt
表示uo的基波分量
在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态，当ur＞uc 时，使V4导通，V3关断，uo=Ud；当ur＜uc时，使V4 关断，V3导通，uo=0。
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
u
uc ur
O
wt
uo
u of


从狭义角度讲，变频器主要指满足交流电动机调速要求 的变频驱动电源（或称交流调速控制设备）。
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4.1 基本概念
交直交变频器（间接变频器）
逆变
图4.1( P102，图4.1)
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4.1 基本概念
交交变频器（直接变频器） 电压源型变频器（直流侧是电压源）
AC
50Hz
交交变频
DC 可 整 控 流 逆 变
O
wt
u of uo
uo Ud
O
-Ud
wt
图4.16 双极性PWM控制方式波形（p121, 图4.27）
在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM 波也有正有负，其幅值只有±Ud两种电平。
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
u ur uc
O
wt
u of uo
uo Ud O
wt
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替 一个正弦半波。 根据面积等效原理，PWM波形和正 弦半波是等效的。像这种脉冲的宽 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。 要改变等效输出正弦波的幅值时， 只要按照同一比例系数改变上述各 脉冲的宽度即可。 PWM逆变电路也可分为电压型和电 流型两种，目前实际应用的PWM逆 变电路几乎都是电压型电路。
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O tt ω tt ω tt ω tt ω io t2 ωtt ωt 11 2 b)
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ω t t3
3
q
uo tt ω
4.4.2 三相电压型逆变电路
三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路 应用最广的是三相桥式逆变电路
a)
2π ωt
ωt
ωt
ωt
b)
图4.8 单相全桥逆变电路的移相调压方式（P107，图4.8）
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4.4.1 单相电压型逆变电路
阻感负载时，可采用移相 的方式来调节输出电压－ 移相调压。 V3的栅极信号比V1落后q （0＜ q ＜180 °）。V3、 V4的栅极信号分别比V2、 V1的超前180o-q。输出电 压是正负各为q的脉冲。 改变q就可调节输出电压。
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。 uo总可得到Ud和零两种电平。 uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通 断，uo可得-Ud和零两种电平。
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
u
uc
ur
单极性PWM控制方式
rV
u
c
u
rW
以U相为例分析控制规律：
? ?
O u
U U
UN'
d
? t
2 2
O
d
当urU>uc时，给V1导通信号，给 V4关断信号，uUN’=Ud/2。 当urU<uc时，给V4导通信号，给 V1关断信号，uUN’=-Ud/2。 当给V1(V4)加导通信号时，可能 是V1(V4)导通，也可能是 图4.18 三相桥式PWM逆变电路波形 VD1(VD4)导通。 uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只有 ±Ud/2两种电平。 uUV波形可由uUN’-uVN’得出，当1 和6通时，uUV=Ud，当3和4通时， uUV=－Ud，当1和3或4和6通时， uUV=0。 图4.19 三相桥式PWM型逆变电路
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4.4.2 三相电压型逆变电路
uG1 0 π π 2π 2π ωt
导 通 器 件 和 换 相 规 律
(
uG4 0 uG3 0 uG6 0 uG5 0 uG2 0 0 5 6 1 2 3 4 6 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 uUN 2/3Ud 1/3Ud ωt 5 6 1 ωt ωt ωt ωt ωt ωt
第八章 组合变流技术
本章所要讲述的内容 1)基本概念 2)逆变器基本工作原理 3)换流方式 4)电压型逆变电路 5)SPWM控制技术 本章重点 基本概念、换流方式、单相全桥电压型无源 逆变电路、三相电压型逆变电路（180o导电方式） 工作原理与波形分析
4.1 基本概念
逆变的概念 逆变——与整流相对应，将直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。 逆变与变频 变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分 组成，后一部分就是逆变。 主要应用 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池向 交流负载供电等。 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。 第2页
-Ud
同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制器 件的通断。 ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。
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4.5.2 SPWM逆变电路及控制方法
u ur uc
O
wt
u of uo
uo Ud O -Ud
wt
当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。 如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通，uo=Ud 。 当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud 。
O
wt
uo u of
uo Ud
O -U d
wt
表示uo的基波分量
图4.15 单极性PWM控制方式波形（p121, 图4.27）
调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为 正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三 角波。在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。