DCAC直流交流逆变换器

要使图4.8(b)的PWM电压波
在每一时间段都与该时段中
正弦电压等效，除每一时间
段的面积相等外，每个时间
段的电压脉冲还必须很窄，
这就要求脉波数量P很多。
脉波数越多，不连续的按正
弦规律改变宽度的多脉波电
压就越等效于正弦电压。
4-3-3 单极性正弦脉冲宽度调制SSPWM
T1
Vd
a
T2
D1 T3
负载
ia
(b)电 压 波 形
vann1, 3,5,2nVDsin t
基波va1
2VD
sint
t
V1
2VD
2
0.45VD
ia(t)
2V1 sin t() R2(L)2
4-2-2 电压型单相全桥逆变电路
T1、T4与T2、T3 交替通、断
V ab
驱 动 T1 T4 0
驱 动 T2 T3
驱 动 T1 T4
vab
Vd I ?M
1
1
2
3
4
5
6
i
O 2
相交确定开关点
v ab 仅含基波 v1， f1＝ f r 和 与开关频率 fc相当的高次谐波。
若 v rm
vcm， 则 v1m＝
v rm v cm
VD
调 制 比 : M vrm v cm
载波比 : N fc ＝ fc fr f0
t
(d)SPWM电压
DCAC直流交流逆变换器
4-1 逆变器类型和性能指标
4-1-1 逆变器的类型
(1) 依据直流电源的 特性不同可分为:
1.电压型逆变器VSI
id
Vd
C T1
a
D1 T3
ia
Z
D3
b
Vd
T2
D2 T4
D4
2.电流型逆变器CSI
Id
L
T1
a
T2
D1 T3
ia
Z
D2 T4
D3
b
D4
Vab
驱动 T1 T4
0Hale Waihona Puke Baidu
tm Vd
V1m sin tdt
m
tm
1 Vd
V1m sin tdt
1
Vd
V1ms i ntd(t)
(a)正 弦 电 压 (b)SPWM等 效 电 压
冲量等效原理:
图 4 . 8 用 S P W M 电 压 等 效 正 弦 电 压
v ab(t)
i(t)
大小、波形不相同的 窄脉冲变量作用于惯性系
Vd
驱动 T1 T4
驱动 T2 T3 Vd
负载电压
iab
驱动 T1 T4
t0
Id
驱动T1 T4
驱动 T2 T3 Id
负载电流
t
4-1 逆变器类型和性能指标(续1)
4-1-1 逆变器的类型 (1) 依据直流电源的 特性不同可分为: (2) 电压型逆变器VSI、电流型逆变器CSI (2) 按输出电压不同分为CVCF、VVVF、脉冲型 (3) 按逆变器电路结构不同分为：
O
2
单 极 性 SPWM电 压 波 形
t v r v c ， T1通、 T 3 通， v ab 0
v r v c ， T 2 通、 T 3 通， v ab V d
（续3）
V n V n
2 2V d
单脉波起点1，终点2，
脉宽1 2 1，
产 生n次 谐 波 幅 值 为 Vnm
Vnm
2
VD n
vo E vo E vo 0
观看flash演示
vo
v1 vo
E
C
t
0
D
T
X-Axis
t
vo
E
2
vo v1
( b ) 180 o 方 波
2
t
0 T on T
X-Axis
T
t
T on 2
vo
( c ) 宽 度 180 o
方波
E
t
0
T/2
T
t
PWM输 出 电 压 波 形
4-3-2 正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理(续1)
D2
D3
2
T 2 T3
RL负 载
(e)R-L负 载 电 流 波 形
t
t
观看flash演示
T 1 T4
T 2 T3
0
t
(f)输 入 电 流 波 形
id
T1
Vd
a
T2
vab
D1 T3 ia Z
D 2 T4
(a)电 路
驱 动 T1 T4 0
驱 动 T2 T3
(b)负 载 电 压
图 4.3
D3
b
D4
vab t
4-3-4 双极性正弦脉宽调制BSPWM
T1
VD
a
D1 T3
负载
ia
D3 V cm
b
V rm
N fc 9 fr
M V rm
vc
V cm
T2
D2 T4
D4 0
2 t
双极性三角波
vr
Vc,Vr交点确定开关
v ab
通、断点
输出电压正、负半
VD
3
周中，vab既有正电
0
压也有负电压，没
2
2
2
t
有零电压
单相半桥
单相全桥
推挽逆变
三相桥
(4) 按开关器件不同及换流关断方式不同分类: 自关断、强迫关断、有源逆变、负载反电动势、 负载谐振换流逆变器。
4-1-2 逆变器输出电压波形性能指标
(1)谐波H系 nF V 数 n/V1
(2)总
谐
波
系T数HD
1 V1
Vn2
n2,3,4
1
2
1
THD V1
D2 T4
vab
b
D3 Vd
1
1
2
3
4
5
6
i
D4 O 2
2 t
T1（D1）、T4（D4）导通 单极性SPWM电压波形
Vab＝Vd
v ab
T3（D3）、T2（D2）导通
Vab＝－Vd
Vd
T1（D1）、T3（D3）导通
0
或T2（D2）、T4（D4）导
Vd
通
3
2
2
2
t
2
双极性SPWM电压波形
Vab＝0
A
B
**
O
Vd T1
D1
D2
T2
变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
仅二个开关T1、T2轮 流导电180度
开关管断态电压高一 倍 2Vd
要输出变压器
适用于低压小功率、 须隔离的应用
4-3 单相逆变器输出电压和波形控制
控制输出电压基波V1的大小
控制输出电压波形，要求谐波系数小，谐波频率高
VLn
n2
cosn1
cosn
2
0.8
V 1
0.6
(
V
3
n 2
1
)
2
0.4
V 25 V 31
V 13 V 15
0.2
22
VD
0.9VD是1
80宽
方
波
的
基
波V有 1
效
值
V 27 V 29
当脉波数很多 V1m时，2V1 VVcrm mVD MVD 0
0.2 0.4 0.6 0.8
N 14 , P 6 时基波和谐波值
v D4
三角波
c
+
+ -
-
Vg
Vg1,Vg4(T1,T4)
-1
Vg2,Vg3(T2,T3)
Vn
2LC
控制方案1:
可控整流方案
控制方案2:
斩波调压方案
控制方案3:
逆变器自身控制方案
4-3-1 单脉冲脉宽调制
正 半 周 中T，1、T4导 通角
Vd 2
负 半 周 中T，2、T3导 通角
T1 a
D1 T3 负载 ia
开 关 频 率 决 定 输 出 频 率 Vd
脉 宽决 定 输 出 电 压 大 小 2 T2
n次 谐 波 衰 减 了n2倍 ，
第n次 谐 波 的 畸 变 系 :数
t
t
DFn
Vn n2 V1
HFn n2
总畸变系数: DF
1 V1
n2,3,4(Vnn2
)2
1
2
Vd
C o1
T1
n
Z ia
D1
a
C o2
T2
D2
(a)电 路
v an
1 2
V
d
驱动 T1
0
T0 驱动 T2 T 0
2
3T0 2
（续4）
vab
Vd
1 2 3 4 5 6
180方波 Vd的基波电压 V1为 有2效 2Vd值
O
2
t (1) P=6, 2P-1=11,
单极性SPWM电压
V n V n
2 2V d
0.8
V 1
0.6
(
V
3
n 2
1
)
2
0.4
V 25 V 31
V 13 V 15
0.2
V 27 V 29
V 11 V 17
（Vn2
n1,2
V12)1 2
V V1
2
1
V2 V12 V22 V32
180方 波 VD
v1(t)
VD
0
T
X-Axis
2
180o 方波
V1
22
VD
V3
1 3
V
1
H3F V 3/V 10.33
t
1
t
V5 5V1
HF 5 0.2
THD
VD2 V12 V12
0.48
畸变系数DF
A
S1
S3
4-3-3 单极性正弦脉冲宽度调制SSPWM（续1）
vc, fc
O 2 1
3
4
N fc 14, P 6 fr
10 11 12
vr , fr
由正弦波 vr ( fr )
t 与三角波 vc ( fc ) 的交点所确定的
2
等幅多脉冲电压 vab ,
各段脉宽按正弦变化，
（b）由 v c , v r
观看flash演示
T1
Vd
a
T2
vc, fc
4
O 2 3 1
D1 T3
负载
ia
D3
b
v 正弦波 r
v 三角波 c
D2 T4
D4
（续2）
N f c 14 , P 6 fr
+
+
VA
A
Vg1 ,T1
-
-
-1 Vg2 ,T2
+
VA
+
B
VB
Vg4 ,T4
-
-
-1 Vg3 ,T3
VB
驱动信号生成电路
10 11 12
M V rm
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 M
V cm
最低谐波为11次
(2) V1m 2V1 VVcrm mVD MVD
M1时
，V1
VD 2
0.707VD
V1'
VD 2
22VD
4
0.7854
电压利用率少 21.了 46%
(3) 11次谐波大于1/11=9%
N 14 , P 6 时基波和谐波值
统时，只要它们的冲量即
变量对时间的积分相等，
其作用效果基本相同。
4-3-2 正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理(续2)
在某一很短的时间段期
Vd
间，正弦电压与同一时间段
V1m sin t i
i
中等幅脉冲电压作用于L、R 电路时，只要两个窄脉冲电
△t期间
△t
压的冲量相等，则它们所形
成的电流响应就相同。因此
D2 T4
电路
V g1 ,V g 4
驱动信号
0 V g 2 ,V g 3 2 2
2
22
2
t
0
vab
Vd
0
V d
2
输 出 电 压 3
T1T4导 通
2
2
2
22
T2T3导 通
2 t 2
t
D3
b
D4
4-3-1 单脉冲脉宽调制(续1)
1.0
V1m
0.9
4V d
0.8
0.7
Vd
0 1 2
V D
2
观看flash演示
2 4
1 3 (c)电 压 波 形
4-3-4 双极性正弦脉宽调制BSPWM(续1)
T1
VD
a
T2
D1 T3
负载
ia
b
D2 T4
N fc 9
M V rm
V cm V rm
fr
vc
V cm
0
vr
v ab
VD
3
2
2
0
V D
2
2 4
1 3 (c)电 压 波 形
v D3 正弦波 r
sin 2
Vnm
4Vd n
n sin
2
2Vd n
cos n1
cos n 2
脉 宽 为 的 矩 形 波 的
基 波3、 、5、7次 谐 波 电 压 相 对 值时 ，
4
V1mVd
22
V1 Vd
4-3-2 正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理
A
S1
S3
v0
C E
D
L
v1
C
R
S2
S4
B
基本逆变电路
逆变电路只能直接输出
v (t)
v ( t ) V 1 m sin t
1 2 3 4 5
2
0 3 5 7 9 6 7 8 9 1 0
t
10 10 10 10 10
v ab ( t )
(a)
12 3 4 5
Vd
0
1
2 3
4 5
2 1
(b)
7 8 9
2
t
Vd
Vd dt Vd t V1m sintdt m
1
v0
C
VD
D
L
v1
C
S2
S4
B (a) 基 本 逆 变 电 路
vo
VD
0
v1
C
DT 2
vo
X-Axis
逆变电路输出的n次谐波有效值 Vn经LC滤波后在负载上的n次谐 波电压VLn为:
R V Ln nL V nn 1cn 1cn22 V L n C 1
VLn n2V n2L
Vn
Cn2 02
(n V 0n)2
vr, fr
t
2
T1与 T 2互补通、断
T 3与 T4互补通、断
（ b） 由 v c , v r 相 交 确 定 开 关 点
正弦 v r正半周
v ab
Vd
1
1
2
3
4
5
6
v r v c， T 2 通、 T4 通， v ab 0 v r v c， T1通、 T4 通， v ab V d 正弦 v r负半周
4VD sinn(t) n1,3,5, n
总 有 效V值 ab
T20
T0 0
2VD2dt
VD
基 波V 1 有 4 V 2 D 效 22 值 V D0.9 V D
驱 动 T1 T4
t
➢不同负载时，D、T 导电情况不同
➢T导电供电，D导电 续流（反回）
变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
负载
a
*b
2
2
0.6 0.5 0.4
V3m 4V d
V5m
4V d
V7m
0.3
4V d
0.2
0.1
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 度
Vab22 22Vd2d(t)12Vd
va(bt) n1,3 ,5,7,4nVdsinn2
n1
(1) 2
sint
4
V1m
Vd
V 11 V 17
M V rm
1.0 M
V cm
6个 脉 波:时 ， 有 效 值
V nB 2 nV n 2m n 2 V dco n1 sco ns 2co ns 3co n4 s co n1 s1 co n1 s2 V 1V 12 m22V d1 2co 1 sco 2s co 3s co 4 s co 1s1 co 1s2
t
ia
(b)负 载 电 压
0
R负 载
t
id
T1
Vd
a
T2
D1 T3 ia Z
D 2 T4
(a)电路
D3
b
D4
(c)电 阻 负 载 电 流 波 形
ia
T0 4
3T0 4
0
T0 2
T0 L负 载
D 1 D4
T1 T4
D 2 D 3 T 2T3
ia
0
D1 D4
id
(d)电 感 负 载 电 流 波 形
T 1 T4