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电力电子技术,PowerElectronics,第4章DC－AC变换器,,,,,1,2,3,4,基本内容,DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流输入电压（或电流）变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压（或电流），并向无源负载（如电机、电炉、或其它用电器等）供电的电力电子装置。DC-AC变换器又称为无源逆变电路，常简称作逆变器（Inverter）。能把一定幅值的直流输入电压（或电流）变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压（或电流），并向电网供电的电力电子装置称为有源逆变电路,习惯作为整流器电路的馈能运行来讨论本章将只讨论无源逆变电路逆变器。,,,4.1概述,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,在工程与民用邻域,逆变器具有广泛的应用，如电气传动中的变频器、热处理中的感应加热电源、通讯与办公系统中的不间断电源（UPS）、特种电源中的电镀电源和焊接电源、风光发电系统中的逆变电源等。可见，逆变器是一种将直流电能变换为交流电能并向无源负载供电的重要电力电子电路重点学习内容逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。逆变器的三种基本变换方式方波变换、阶梯波变换、正弦波变换。方波逆变器的基本电路及其特点。,,,4.1概述,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,重点学习内容逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。逆变器的三种基本变换方式方波变换、阶梯波变换、正弦波变换。方波逆变器的基本电路及其特点。阶梯波逆变器的基本电路及其特点。正弦波逆变器及其SPWM控制。空间矢量PWM控制的基本问题原理、矢量分布、矢量合成。,,,back,Next,4.1概述,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.1.1逆变器的基本原理,如何完成直流－交流这一变换呢考虑采用开关切换的方式将直流量变换成交流量完成直流电压变换的逆变器称为电压型逆变器完成直流电流变换的逆变器则称为电流型逆变器。图4-1a所示电压型逆变器直流侧采用足够容量的电容滤波，因此直流侧电压基本不变,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,逆变器的输出电压为幅值与直流电压幅值相等的方波电压，其输出电流波形取决于负载对方波电压的响应若考虑到负载的无功缓冲，则图4-1a中的开关管必须具有电流双向流通的能力，为此可采用单向功率管反向并联续流二极管的组合来实现开关管的电流双向流通特性,,,4.1.1逆变器的基本原理,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,图4-1b所示电流型逆变器直流侧采用足够容量的电感滤波，因此直流侧电流基本不变逆变器的输出电流为幅值与直流电流幅值相等的方波电流，其输出电压波形取决于负载对方波电流的响应若考虑到直流电流的单向性以及负载的无功缓冲，则图4-1b中的开关管必须具有电流反相阻断的能力，考虑到常规功率管弱的反向阻断特性，为此可采用单向功率管顺向串联二极管的组合来实现开关管的反相电流阻断特性。,,,4.1.1逆变器的基本原理,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,以图4-2a所示的单相电压型全桥逆变器原理电路来讨论逆变器的基本原理。图4-2a中，当功率管VT1（VD1）和VT4（VD4）导通而VT2（VD2）和VT3（VD3）关断时，输出电压为正的方波电压；当功率管VT2（VD2）和VT3（VD3）导通而VT1（VD1）和VT4（VD4）关断时，输出电压为负的方波电压。单相全桥电路的输出波形如图4-2b所示，显然，输出的正、负方波电压幅值相等若使输出的正、负方波电压宽度相等，则输出电压的正、负半周的面积相等，从而实现了直流电压到交流电压的变换，这就是实现逆变器的基本思路。,,,4.1.1逆变器的基本原理,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,实现DC-AC变换功能的逆变器有那些变换方式呢,方波变换方式方波变换方式是实现DC-AC最简单的变换方式，一般而言，方波变换时逆变器的交流输出有两种基本调制方式脉冲幅值调制（PAM－PluseAmplitudeModulation）和单脉冲调制（SPM－SinglePluseModulation）。脉冲幅值调制（PAM）是指逆变器的输出频率可由180方波（如图4-3a所示）或120方波（如图4-3b所示）的周期来控制（如图4-3c所示），而逆变器输出基波的幅值则由输出方波的幅值即逆变器直流侧电压（或电流）的幅值来控制，如图4-3d所示。显然，采用PAM控制方式时，其方波的导通角恒定（180方波或120方波）。,,,4.1.1逆变器的基本原理,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,方波变换方式单脉冲调制（SPM）是指逆变器的输出频率仍由方波的周期来控制，而逆变器输出基波的幅值则由逆变器输出方波的导通角进行控制，即可使导通角在0～180范围调节，逆变器的输出波形如图4-3e所示。显然，采用SPM控制方式时，逆变器输出方波的幅值即逆变器直流侧电压（或电流）的幅值恒定。,,,4.1.1逆变器的基本原理,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.1.1逆变器的基本原理,方波变换方式采用SPM变换方式时，由于逆变器输出方波的幅值一定，因此逆变器直流侧可采用较为简单的不变幅值的直流电源整流输入方式（如二极管整流电路）。但是SPM方式由于需要调节方波的导通角，因而需要采用快速功率元件（如IGBT等）PAM方式由于需要控制逆变器输出方波的幅值，因此逆变器直流侧必须采用可变幅值的直流电源整流输入方式（如采用相控整流电源），因而直流侧电路与控制相对复杂。但是PAM方式由于输出方波的导电角恒定，因此无需采用快速的全控型功率元件（如IGBT等）,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,阶梯波变换方式采用方波变换方式时，虽然逆变器的控制较为简单，但交流输出谐波较大。研究表明对于180方波变换方式，其输出波形的谐波总畸变率THD约为48％，而对于120方波变换方式，其输出波形的谐波总畸变率THD约为30％。为何120方波变换方式的输出波形的THD比180方波变换方式的的输出波形的THD要低呢因此，为减少DC-AC变换时的交流输出谐波，可以考虑采用方波变换叠加以增加输出交流波形的输出电平数。,THDTotalHarmonicDistortion，衡量谐波含量的重要指标,4.1.1逆变器的基本原理,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,4.1.1逆变器的基本原理,阶梯波变换方式由于这种多电平输出的交流波形形似阶梯波形，因此采用方波叠加的DC-AC变换方式成为交流阶梯波变换，如图4-4a所示。4-4a所示的交流阶梯波是由三组采用方波变换的叠加组合而成，该阶梯波的THD为9.48，远低于120和180方波变换时的THD。实现这种交流阶梯波变换的原理电路如图4-4b所示分相叠加的组合逆变器结构，通过多组采用方波变换的逆变器进行移相叠加组合,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,4.1.1逆变器的基本原理,斩控调制方式①脉冲宽度调制（PWM）在一定的开关调制频率条件下，调制脉冲的幅值恒定，而调制脉冲的宽度可调。若调制脉冲的宽度按正弦分布，则称之为正弦脉冲宽度调制（SPWM），基于SPWM控制的逆变器输出波形如图4-5a所示。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.1.1逆变器的基本原理,斩控调制方式②脉冲频率调制（PFM）这种控制方式是指调制脉冲宽度和幅值固定不变，而脉冲调制频率可调。基于PFM控制的逆变器输出波形如图4-5b所示。PFM控制方式由于需要很宽的开关频率变化范围，考虑到输出滤波器设计的困难，因此在逆变器中一般较少采用。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.1.2逆变器的分类,按直流侧储能元件的性质，逆变器可分为电压型逆变器（VSI－VoltageSourceInverter）和电流型逆变器（CSI－CurrentSourceInverter）。逆变器中直流侧必须设置储能元件，如电感元件和电容元件。储能元件的作用直流侧的滤波作用；缓冲负载的无功能量。当逆变器直流侧设置电容元件且电容容量足够大时，此时由于直流侧的低输出阻抗，因而呈现出电压源特性当逆变器直流侧设置电感元件且电感值足够大时，此时由于直流侧的高输出阻抗，因而呈现出电流源特性。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.1.2逆变器的分类,按逆变器输出波形的不同，逆变器可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、以及正弦波逆变器等。方波逆变器常采用脉冲幅值调制（PAM）控制阶梯波逆变器常采用移相叠加控制正弦波逆变器则常采用脉冲宽度调制（PWM）控制按逆变器功率电路结构形式的不同，逆变器可分为半桥逆变器、全桥逆变器、推挽式逆变器等。按逆变器功率电路的功率器件的不同，逆变器可分为半控型逆变器和全控型逆变器。半控型逆变器功率电路的功率器件采用半控型功率器件全控型逆变器功率电路的功率器件采用全控型功率器件,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.1.2逆变器的分类,按逆变器输出频率的不同，逆变器可分为工频逆变器、中频逆变器以及高频逆变器。按逆变器输出交流电的相数的不同，逆变器可分为单相逆变器、三相逆变器以及多相逆变器。按逆变器输入、输出是否隔离，逆变器可分为隔离型逆变器和非隔离型逆变器。其中隔离型逆变器又可分为低频隔离型逆变器和高频隔离型逆变器两类。按逆变器输出电平的不同，逆变器可分为两电平逆变器和多电平逆变器。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.1.3逆变器的性能指标,1．逆变器的输出波形性能指标⑴谐波系数HF（HarmonicFactor）表征实际波形中第n次谐波与基波相比的相对值。第n次谐波系数HFn定义为第n次谐波分量有效值Un与基波分量有效值U1之比，即⑵总谐波畸变系数THD（TotalHarmonicDistortionFactor）表征实际波形同基波分量的接近程度。总谐波畸变系数THD定义为各次谐波分量有效值Un（n2、3）平方之和的开方与基波分量有效值U1之比，即,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,对于理想正弦波而言，其THD为零。,4.1.3逆变器的性能指标,1．逆变器的输出波形性能指标⑶畸变系数DF（DistortionFactor）表征实际波形中每一次谐波分量对波形畸变的影响程度。第n次谐波系数HFn定义为考察第n次谐波对波形畸变的影响程度，可定义第n次谐波的畸变系数DFn为⑷最低次谐波LOH（Lowest-OrderHarmonic）,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,4.1.3逆变器的性能指标,2．其它主要性能指标⑴额定容量⑵逆变效率⑶输出频率精度⑷功率密度⑸输出直流分量⑹过载能力⑺短路能力⑻允许输入电压⑼输出电压精度⑽负载功率因数⑾平均无故障间隔时间（MTBF）,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,4.2电压型逆变器（VSI）,电压型逆变器的直流侧以电容为能量缓冲元件，从而使其直流侧呈现出电压源特性。电压型逆变器有以下主要特点直流侧有足够大的储能电容元件，直流侧呈现出电压源特性。逆变器输出电压波形为方波或方波脉冲，该波形与负载无关。逆变器输出的电流波形则取决于负载，且输出电流的相位随负载功率因数的变化而变化。逆变器输出电压的控制可以通过PAM和PWM来实现。依据电压型逆变器的控制方式和结构的不同，电压型逆变器主要可分为方波型、阶梯波型、正弦波型（PWM型）三类。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,4.2.1电压型方波逆变器,按拓扑结构的不同可分为多种结构，主要包括单相全桥逆变器单相半桥逆变器推挽式逆变器三相桥式逆变器按所采用功率器件的不同分为半控型全控型由于电压型逆变器已较少采用基于晶闸管的半控型结构，因此，以下将只讨论全控型电压型逆变器。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,电压型单相方波逆变器以不同的拓扑结构可分为电压型单相全桥逆变器、电压型单相半桥逆变器以及带中心抽头变压器的电压型单相推挽式逆变器等。1．电压型单相全桥方波逆变器该逆变器由四个桥臂构成。这种电压型单相全桥方波逆变器的输出波形控制主要有脉冲幅值调制（PAM）和单脉冲调制（SPM）两类，而单脉冲调制又包含对称单脉冲调制和移相单脉冲调制。,,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,上桥臂,下桥臂,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,1脉冲幅值调制主电路的四个功率管采用180互补控制模式逆变器输出的电压为180导电的交流方波电压其方波电压幅值即为逆变器的直流电压幅值，其互补驱动信号与输出波形如图4-7所示。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,功率管的实际导通角则与负载电流－电压相位角有关。,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,,,,,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,1脉冲幅值调制若令逆变器输出电压有效值为Uab而瞬时值为uab，则Uab、uab分别为输出基波电压的有效值U1为改变方波驱动信号周期即可改变交流输出电压频率对于PAM控制方式，逆变器输出电压的基波幅值则由直流电压进行控制，因而需要设置可控整流电源，因而PAM控制方式在电压型逆变器中运用不多，而在基于晶闸管的电流型逆变器中运用较多,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,（4-5）,（4-6）,,（4-7）,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,2对称单脉冲调制特点每半个输出周期对称改变一次逆变器的开关状态，并通过调整方波脉冲的宽度来控制逆变器输出电压的基波大小，相关波形如图4-8所示。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,2对称单脉冲调制要改变输出电压的基波幅值，只需改变其中矩形调制波幅值Urm的大小，而三角载波的幅值Ucm则固定不变。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,改变矩形调制波的幅值大小就可以线性改变功率管驱动信号的宽度，从而改变输出方波电压的宽度，即改变输出电压的基波幅值若需改变输出电压的频率，则只要同步改变三角载波和矩形调制波的周期Ts即可,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,2对称单脉冲调制输出方波电压的宽度θ为M为调制系数，且定义M＝Urm/Ucm。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,（4-8）,（4-9）,,显然，M≤1，θ≤π。根据傅立叶分析，对于图4-8所定义的时间坐标原点，宽度为θ的方波电压有效值Uab和瞬时值uab分别为,（4-10）,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,2对称单脉冲调制n次谐波电压幅值Unm和基波电压幅值U1m分别为,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,,（4-11）,（4-12）,进一步分析表明对称单脉冲调制时，改变方波宽度θ可以有效地控制逆变器输出电压基波的大小，但不能有效地抑制输出电压的谐波。例如当θ＝2π/3时，三次谐波幅值为零，即不存在三次谐波；而当θ＝π时，三次谐波幅值则为基波幅值的33﹪。,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,3）移相单脉冲调制特点单相全桥逆变器四个功率管驱动信号均为180方波，并且负载一端上下桥臂的驱动信号相位固定，而负载另一端上下桥臂的驱动信号相位可移动。一般称驱动信号相位固定的桥臂为超前桥臂，称驱动信号可移相的桥臂为滞后桥臂。调节超前桥臂与滞后桥臂间的相角θ，就可以调节单相全桥逆变器的输出方波宽度，从而控制逆变器输出电压的基波幅值。,,,,,,,,,,图4-9移相单脉冲调制时驱动信号与输出波形a驱动信号b输出波形,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,2.电压型单相半桥方波逆变器对于一定直流侧电压且采用单脉冲调制的电压型单相全桥逆变器，当需要逆变器在较低的输出交流电压范围运行时，其输出方波脉冲相对较窄。这种情况下，一方面输出脉冲的调节范围会变小，另一方面逆变器输出的谐波分量将变大。那么一定的直流侧电压条件下，如何改善较低交流电压输出时电压型单相逆变器的性能呢造成上述情况的原因主要是由于电压型单相全桥逆变器工作时，其输出的方波电压幅值总是等于直流电压幅值，因此若要输出较低的交流电压，则必然使输出方波的宽度调窄。,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,2.电压型单相半桥方波逆变器为此，可考虑降低逆变器输出方波电压的电压幅值以使输出方波电压的脉冲宽度变宽。但是要在不降低逆变器直流电压且采用单脉冲控制的条件下，适当降低逆变器输出方波电压的电压幅值，则必须对电压型单相全桥方波逆变器的电路结构进行改造。将逆变器的直流电压分解为两个相等的电压源串联，并将串联电压源的电压中心点与负载一端相连，而负载的另一端与桥臂支路的输出端相连，这种只有一相桥臂支路的电压型单相逆变器称为电压型单相半桥逆变器电路结构和采用180导电的交流方波调制时的相关波形如图4-10所示。,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,2.电压型单相半桥方波逆变器在0≤t≤Ts/2期间，VT1得到驱动，VT2截止，逆变器的输出电压uan＝＋Ud/2；在Ts/2≤t﹤Ts期间，VT2得到驱动，VT1截止，逆变器的输出电压uan＝－Ud/2在直流侧电压相同的情况下，电压型单相半桥逆变器输出方波电压的幅值只有电压型单相全桥逆变器输出方波电压的一半。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,电压型单相半桥方波逆变器与电压型单相全桥方波逆变器相比少用了一半的功率器件当直流侧电压相等时，180调制时的输出电压有效值Uan、瞬时值uan以及输出基波分量的有效值U1均降低了一半在直流侧电压和输出功率相等条件下，功率器件的耐压值比全桥逆变器功率器件的耐压值降低一半，电流定额则应比全桥逆变器功率器件的电流定额提高一倍适合于“高电压”输入且“低电压”输出的变流应用场合,,,,,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.2.1.1电压型单相方波逆变器,3.带中心抽头变压器的电压型单相推挽式方波逆变器电压型单相半桥方波逆变器较适合于“高电压”输入且“低电压”输出的变流应用场合。若实际应用是要求逆变器与输出负载隔离或者负载电压与逆变器直流电压的幅值相差较大时，如何设计出满足要求的电压型单相逆变器电路呢图4-11所示的带中心抽头变压器的电压型单相推挽式逆变器电路就能满足这一要求。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,图4-11带中心抽头变压器的电压型单相推挽式方波逆变器电路,4.2.1.2电压型三相桥式方波逆变器,方波调制是DC-AC变换最简单的一种控制方式。若以图4-12所示的逆变器直流电压中心点为电位参考点，控制相应的功率管使逆变器各相输出相位互差120的交流方波电压，即可实现电压型三相DC-AC的变换。逆变器每相的方波变换可采用180导电方式和120导电方式。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,,图4-12电压型三相桥式逆变器电路结构,4.2.1.2电压型三相桥式方波逆变器,⑴180导电方式有以下特征每相的上下桥臂均采用180互补控制模式。相邻相的桥臂驱动信号相位互差120。任何时刻有且只有三个桥臂导电，或两个上桥臂一个下桥臂导电，或一个上桥臂两个下桥臂导电。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,图4-13电压型三相桥式逆变器180导电方式时的相关波形,4.2.1.2电压型三相桥式方波逆变器,这种调制方式有以下特征按图4-12所标功率器件的序号，相邻序号的功率管的驱动信号相位互差60,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4.4.2电流型阶梯波逆变器,,,,,图4-13电压型三相桥式逆变器180导电方式时的相关波形,4.2.1.2电压型三相桥式方波逆变器,这种调制方式有以下特征若逆变器直流侧电压为Ud，当负载为星形对称负载时，则逆变器输出相电压波形为交流六阶梯波波形，即每间隔60就发生一次电平的突变，且电平取值分别为Ud/3、2Ud/3。若逆变器直流侧电压为Ud，则逆变器输出线电压波形为120导电的交流方波波形，其方波幅值为Ud。,,,4.1概述4.1.1逆变器的基本原理4.1.2逆变器的分类4.1.3逆变器的性能指标4.2电压型逆变器（VSI）4.2.1电压型方波逆变器4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器4.3空间矢量PWM控制4.3.1三相VSR空间电压矢量分布4.3.2空间电压矢量的合成4.4电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器4