第3章直流-交流变换电路资料优秀PPT.ppt

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1、第第3章章 直流直流-沟通变换电路沟通变换电路w本章要点本章要点w有源逆变电路、有源逆变的条件、逆变失败与最有源逆变电路、有源逆变的条件、逆变失败与最小逆变角的限制；小逆变角的限制；w无源逆变电路、变频器概述；无源逆变电路、变频器概述；w交交-直直-交变频器、电压型和电流型变频器、变频交变频器、电压型和电流型变频器、变频器器180度和度和120度导电规则的原理与分析；度导电规则的原理与分析；wSPWM变频（电压正弦变频（电压正弦PWM、电流正弦、电流正弦PWM、磁通正弦磁通正弦PWM）的原理与分析。）的原理与分析。3.1 逆变的概念逆变的概念 逆变电路把直流电逆变成沟通电的电路。按负载性质的不

2、同，逆变分为有源逆变和无源逆变。1）有源逆变可控整流电路工作在逆变状态，把该电路的沟通侧接到沟通电源上，把直流电逆变成与沟通电源同频率的沟通电返送到电源。2）无源逆变或变频可控整流电路的沟通侧不与电源联接，而干脆接到无源负载。3.2 有源逆变电路有源逆变电路3.2.1 单相双半波有源逆变电路单相双半波有源逆变电路w1、电路结构、电路结构 图图3-1 2、工作原理、工作原理w1）整流状态（）整流状态（0 90）w当当等等于于零零时时，输输出出电电压压瞬瞬时时值值ud在在整整个个周周期期内内全全部部为为正正；当当900时时，ud在在整整个个周周期期内内有有正正有有负负，但但正正面面积积总总是是大大

3、于于负负面面积积，故故平平均均值值Ud为为正正值值，其其极极性性是是上上正正下下负负，如如上上图图a。通通常常Ud略略大大于于E，此此时时电电流流Id从从Ud的的正正端端流流出出，从从E的的正正端端流流进进。电电机机M吸吸取取电电能能，作作电电动动运运行行，电电路路把把从从沟沟通通电电网网吸吸取取的的电电能能转转变变成成直直流流电电能能输输送送给给电电动动机机，电电路路工作在整流状态，电机工作在整流状态，电机M工作在电动状态。工作在电动状态。w2）逆变状态（）逆变状态（90 180）w逆逆变变是是将将电电机机吸吸取取的的直直流流电电能能转转变变成成沟沟通通反反馈馈回回电电网。网。w由由于于晶晶

4、闸闸管管的的单单向向导导电电性性，负负载载电电流流Id不不能能变变更更方方向向，只只有有将将E反反向向，即即电电机机作作发发电电运运行行才才能能回回馈馈电电能能；为为避避开开Ud与与E顺顺接接，此此时时将将Ud的的极极性性也也反反过过来来，如上图如上图b示。要使示。要使Ud反向，反向，应当大于应当大于90。w当当在在90 180间间变变动动时时，输输出出电电压压瞬瞬时时值值ud在在整整个个周周期期内内有有正正有有负负，但但负负面面积积大大于于正正面面积积，故故平平均均值值Ud为为负负值值，见见上上图图b所所示示。此此时时E略略大大于于Ud，电电流流Id的的流流向向是是从从E的的正正端端流流出出

5、，从从Ud的的正正端端流流入入，逆逆变变电电路路吸吸取取从从电电机机反反送送来来的的直直流流电电能能，并并将将其其转转变变成成沟沟通通电电能能反反馈馈回回电电网网，这这就就是是该该电电路路的的有有源源逆逆变状态。变状态。（a）=60的整流状的整流状态态 （b）=120的逆的逆变变状状态态单单相双半波相双半波电电路路=60的整流和的整流和=120的逆的逆变时变时的仿真波形的仿真波形w要使整流电路工作在逆变状态，须满足两个条件：要使整流电路工作在逆变状态，须满足两个条件：1）变流器的输出）变流器的输出Ud能够变更极性（内部条件）。能够变更极性（内部条件）。由于晶闸管的单向导电性，电流由于晶闸管的单

6、向导电性，电流Id不能变更方向，不能变更方向，为实现有源逆变，须变更为实现有源逆变，须变更Ud的极性。即让变流器的极性。即让变流器的限制角的限制角90即可。即可。w2）须有外接的供应直流电能的电源）须有外接的供应直流电能的电源E。E也要能变也要能变更极性，且有更极性，且有 （外部条件）。（外部条件）。w3、逆变角、逆变角w逆变时的限制角称为逆变角逆变时的限制角称为逆变角，规定以，规定以=处作为处作为计量计量角的起点，大小由计量起点向左计算。满足角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：如下关系：3.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制1、逆变失败、逆变失败w可可控

7、控整整流流电电路路运运行行在在逆逆变变状状态态时时，一一旦旦发发生生换换相相失失败败，电电路路又又重重新新工工作作在在整整流流状状态态，外外接接的的直直流流电电源源就就会会通通过过晶晶闸闸管管电电路路形形成成短短路路，使使变变流流器器的的输输出出平平均均电电压压Ud和和直直流流电电动动势势E变变成成顺顺向向串串联联，由由于于变变流流电电路路的的内内阻阻很很小小，将将出出现现很很大大的的短短路路电电流流流流过过晶晶闸闸管管和和负负载载，这这种种状状况况称称为为逆逆变变失失败败，或称为逆变颠覆。或称为逆变颠覆。w造成逆变失败的缘由：造成逆变失败的缘由：w（1 1）触触发发电电路路工工作作不不行行靠

8、靠。不不能能适适时时、精精确确地地给给各晶闸管安排触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。各晶闸管安排触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。w（2 2）晶晶闸闸管管发发生生故故障障。器器件件失失去去阻阻断断实实力力，或或器器件不能导通。件不能导通。w（3 3）沟沟通通电电源源异异样样。在在逆逆变变工工作作时时，电电源源发发生生缺缺相或突然消逝而造成逆变失败。相或突然消逝而造成逆变失败。w（4 4）换换相相裕裕量量角角不不足足，引引起起换换相相失失败败。应应考考虑虑变变压压器器漏漏抗抗引引起起的的换换相相重重叠叠角角、晶晶闸闸管管关关断断时时间间等等因因素的影响。素的影响。w沟通侧电抗对逆变换相过程的影响

9、图图3-2 2、最小逆、最小逆变变角角确定的方法确定的方法 最小逆最小逆变变角角的大小要考的大小要考虑虑以下因素：以下因素：1）换换相相重重叠叠角角。此此值值与与电电路路形形式式、工工作作电电流流大大小小、触触发发角角大小有关。即大小有关。即 依据依据=-，设设=，则则：2）晶晶闸闸管管关关断断时时间间 tq 所所对对应应的的电电角角度度。折折算算后后的的电电角角度度约约4度度5度；度；3）平安裕量角。考虑到脉冲调整时不对称、电网波动、畸变与温度等影响，还必需留一个平安裕量角，一般取为10度左右。综上所述，最小逆变角为：为了牢靠防止进入min区内，在要求较高的场合，可在触发电路中加一套爱护线路

10、，使在减小时不能进入min区内，或在min处设置产生附加平安脉冲的装置，万一当工作脉冲进入min区内时，由平安脉冲在min处触发晶闸管，防止逆变失败。3.2.3 有有源源逆逆变变的的应应用用两两组组晶晶闸闸管管反反并并联时电动机的可逆运行联时电动机的可逆运行w下下图图为为两两组组晶晶闸闸管管反反并并联联电电路路的的框框图图。设设P为为正正组组，N为为反反组，电路有四种工作状态。组，电路有四种工作状态。w（1）正组整流）正组整流w上上左左图图为为正正组组整整流流工工作作状状态态。设设P在在限限制制角角作作用用下下输输出出整整流流电电压压Ud，加加于于电电动动机机M使使其其正正转转。当当P组组处处

11、于于整整流流工工作作状状态态时时，反反组组N不不能能也也工工作作在在整整流流状状态态，否否则则会会使使电电流流Id1不不经经过过负负载载M，而而只只在在两两组组晶晶闸闸管管之之间间流流通通，这这种种电电流流称称为为环环流流，环环流流实实质质上上是是两两组组晶晶闸闸管管电电源源之之间间的的短短路路电电流流。因因此此，当当正正组组整整流流时时，反反组组应应关关断断或或处处于于待待逆逆变变状状态态。所所谓谓待待逆逆变变，就就是是N组组由由逆逆变变角角限限制制处处于于逆逆变变状状态态但但无无逆逆变变电电流流。要要做做到到这这一一点点，可可使使 。这这样样，正正组组P的的平平均均电电 流流 供供 电电

12、动动 机机 正正 转转，反反 组组 N处处 于于 待待 逆逆 变变 状状 态态。由由 于于 ，故没有平均电流流过反组，不产生真正的逆变。，故没有平均电流流过反组，不产生真正的逆变。w（2）反组逆变）反组逆变w当要求正向制动时，流过电动机当要求正向制动时，流过电动机M的电流的电流Id必需反向才能必需反向才能得到制动力矩，由于晶闸管的单向导电性，这只有利用反得到制动力矩，由于晶闸管的单向导电性，这只有利用反组组N的逆变。为此，只要降低的逆变。为此，只要降低 且使且使 ，则则N组产生逆变，流过电流组产生逆变，流过电流Id2，电机电流，电机电流Id反向，反组有反向，反组有源逆变将电势能源逆变将电势能E

13、通过反组通过反组N送回电网，实现回馈制动。送回电网，实现回馈制动。w（3）反组整流）反组整流wN组整流，使电动机反转，其过程与正组整流类似。组整流，使电动机反转，其过程与正组整流类似。w（4）正组逆变）正组逆变wP组逆变，产生反向制动转矩，其过程与组反逆变类似。组逆变，产生反向制动转矩，其过程与组反逆变类似。3.3 无源逆变（变频）电路无源逆变（变频）电路3.3.1 变频器概述变频器概述 将电网供应的恒压恒频将电网供应的恒压恒频CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)沟通电变换沟通电变换为变压变频为变压变频VVVF(Variable Voltage V

14、ariable Frequency)沟通电供应负载沟通电供应负载”的的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。变频器：交变频器：交-交变频器交变频器 交交-直直-交变频器交变频器 1、交、交-交变频器交变频器w工频沟通电干脆变换成不同频率沟通电，不工频沟通电干脆变换成不同频率沟通电，不通过中间直流环节，又称干脆变频器或周波通过中间直流环节，又称干脆变频器或周波变换器（变换器（Cycloconverter）。）。w没有中间直流环节，仅用一次变换实现变频，没有中间直流环节，仅用一次变换实现变频，效率高。交效率高。交-交变频器的主要构成环节。交变频器的主要构成环节

15、。2、交、交-直直-交变频器交变频器 先把沟通电转换为直流电，经中间滤波环节后，再把直流电逆变成变压变频的沟通电，又称为间接变频器。主要构成环节如图a所示。w1）用可控整流器调压、用逆变器调频）用可控整流器调压、用逆变器调频w 输入：晶闸管可控整流，功率因数低；输入：晶闸管可控整流，功率因数低；w 输出：晶闸管三相六拍逆变器，输出谐波较大。输出：晶闸管三相六拍逆变器，输出谐波较大。w2）用不行控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频）用不行控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频w 输入：不行控整流器，只整流不调压，斩波器脉宽调压，输入：不行控整流器，只整流不调压，斩波器脉宽调压，w 输入功率

16、因数高；输入功率因数高；w 输出：逆变环节谐波较大。输出：逆变环节谐波较大。w3）用不行控整流器整流、脉宽调制逆变器调压调频）用不行控整流器整流、脉宽调制逆变器调压调频w 输入：不行控整流器，输入功率因数高；输入：不行控整流器，输入功率因数高；w 输出：用输出：用PWM逆变，则输出谐波可以削减。输出波形逆变，则输出谐波可以削减。输出波形w 特别靠近正弦波。特别靠近正弦波。3、电压型、电流型交、电压型、电流型交-直直-交变频器比较交变频器比较 依依据据交交-直直-交交变变频频器器的的中中间间滤滤波波环环节节是是接接受受电电容容性性元元件件或或是是电电感感性性元元件件，可可以以将将交交-直直-交交

17、变变频频器器分为电压型变频器和电流型变频器两大类。分为电压型变频器和电流型变频器两大类。电压型变频器：中间直流环节接受电容滤波元件。电压型变频器：中间直流环节接受电容滤波元件。电流型变频器：中间直流环节接受电感滤波元件。电流型变频器：中间直流环节接受电感滤波元件。w（1）交）交-直直-交电压型变频器交电压型变频器w直直流流环环节节：大大电电容容，输输出出电电压压波波形形平平直直（矩矩形形或或阶梯波）阶梯波）-恒压源性质恒压源性质-电压型变频器；电压型变频器；w接受二极管整流，输出接受接受二极管整流，输出接受GTR的六拍逆变。的六拍逆变。图图3-4w（2）交）交-直直-交电流型变频器交电流型变频

18、器w直直流流环环节节：大大电电感感，输输出出电电流流平平直直（矩矩形形波波或或阶阶梯梯波）波）-恒流源性质恒流源性质-电流型变频器。电流型变频器。图图3-5 （3）交-直-交电压型和电流型变频器比较1）无功能量的缓冲 电压型：电容储能；电流型：电感储能。2）调速时的动态响应 电流型：直流电压可快速变更，动态响应比较快；电压型：直流电压不行变更，动态响应慢。3）适用范围 电压型：多电机同步运行，不行快速加减速。电流型：单电机传动，可快速起制动和可逆运行。w4）回馈制动）回馈制动 w电流型变频器电流型变频器-w电动电动：UR整流整流90，Ud反反向向，CSI整整流流，电机发电，电流电机发电，电流I

19、d方向不变。如图方向不变。如图b。w电压型变频器电压型变频器w电动电动：与上同；：与上同；w制制动动：电电容容电电压压极极性性不不能能反反向向，无无法法回回馈馈制制动动。只只可可用用能能耗耗制制动动或或反反并并联联另另一一组组反反向向整整流流器器，并并使使其其工工作作在在有有源源逆逆变变状状态态，以以通通过过反反向向制制动动电电流流，实实现现回馈制动。回馈制动。电流型变频调速系统的电动和回馈制动两种运行状态电流型变频调速系统的电动和回馈制动两种运行状态 3.3.2 无源逆变（变频）电路的原理无源逆变（变频）电路的原理1、单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路 图图3-72、单相全桥逆变电路单相全桥逆

20、变电路 图图3-83、三相桥式逆变电路、三相桥式逆变电路w电压型三相桥式逆变电路如下图所示。电压型三相桥式逆变电路如下图所示。w三相桥式逆变电路：三相桥式逆变电路：180导电型交导电型交-直直-交电压型交电压型 120导电型交导电型交-直直-交电流型交电流型图图3-93.3.3 180度导电型的交度导电型的交-直直-交电压型变频器交电压型变频器6个个晶晶闸闸管管按按确确定定的的规规则则通通断断，将将Cd送送来来的的直直流流电电压压Ud逆逆变变成成频率可调的沟通电。调压靠前级的可控整流电路完成。频率可调的沟通电。调压靠前级的可控整流电路完成。1、主电路组成、主电路组成图图3-10 主电路主电路=

21、整流器整流器+滤波电容滤波电容+晶闸管逆变器晶闸管逆变器整流器整流器：单相或三相整流电路。：单相或三相整流电路。滤波电容滤波电容：Cd。逆变器：逆变器：VT1VT6主晶闸管；主晶闸管；VD1VD6 续流二极续流二极 管；管；RU、RV、RW为衰减电阻；为衰减电阻；L1L6为为 换流电感；换流电感；C1C6为换流电容；为换流电容；ZU、ZV、ZW三相对称负载。三相对称负载。2、晶闸管导通规则及输出波形分析、晶闸管导通规则及输出波形分析w逆变器一个周期中：逆变器一个周期中：w（1）6个晶闸管的导通依次为：个晶闸管的导通依次为：VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，则各，则各晶闸管的触发间隔为

22、晶闸管的触发间隔为60。w（2）每组晶闸管触发间隔为）每组晶闸管触发间隔为120。每相晶闸管触。每相晶闸管触发间隔为发间隔为180。w（3）按依次，晶闸管触发间隔为）按依次，晶闸管触发间隔为60，每个晶闸管，每个晶闸管维持导通维持导通180后关断后关断(180导电型导电型)。6个晶闸管在个晶闸管在360区间里的导通状况如下表。区间里的导通状况如下表。（1）逆变器中晶闸管的导通状况（）逆变器中晶闸管的导通状况（180电压型）电压型）晶闸管晶闸管区间区间0060012001800240030003600VT1导通导通导通导通导通导通 VT2 导通导通导通导通导通导通 VT3 导通导通导通导通导通导

23、通 VT4 导通导通导通导通导通导通VT5导通导通 导通导通导通导通VT6导通导通导通导通 导通导通（2）每个每个60区间内的负载等效电路区间内的负载等效电路 图图3-11（4）输出线电压）输出线电压（3）输出相电压）输出相电压（5）60120区间的相、线电压值区间的相、线电压值 （6）逆变器相电压和线电压计算值）逆变器相电压和线电压计算值（180电压型）电压型）（7）180逆变器输出的相电压、线电压波形逆变器输出的相电压、线电压波形图图3-12（8）相、线电压波形的有效值）相、线电压波形的有效值（10）180导电型逆变器工作规律总结导电型逆变器工作规律总结w 每每个个脉脉冲冲间间隔隔60区区

24、间间内内有有3个个晶晶闸闸管管导导通通，它它们们分分属属于逆变桥的共阴极组和共阳极组。于逆变桥的共阴极组和共阳极组。w 在在3个个导导通通元元件件中中，若若属属于于同同一一组组的的有有2个个元元件件，则则元元件件所所对对应应相相的的相相电电压压为为 ，另另1个个元元件件所所对对应应相相的的相相电压为电压为 。w共共阳阳极极组组元元件件所所对对应应相相的的相相电电压压为为正正，共共阴阴极极组组元元件件所所对应相的相电压为负。对应相的相电压为负。w三个相电压相位互差三个相电压相位互差120；相电压之和为；相电压之和为0。w 线线电电压压等等于于相相电电压压之之差差；三三个个线线电电压压相相位位互互

25、差差120；线电压之和为线电压之和为0。w 线电压为线电压为 倍相电压。倍相电压。3.3.4 120度导电型的交度导电型的交-直直-交电流型变频器交电流型变频器180导导电电型型的的电电压压型型逆逆变变器器中中，晶晶闸闸管管的的换换流流是是在在同同一一相相中中进进行行的的，有有可可能能使使直直流流电电源源发发生生短短路路。为为此此，引引入入120导导电电型型的的电电流流型型逆逆变变器器，该该逆逆变变器器晶晶闸闸管管的的换换流流是是在在同同一一组组中中进进行行的的，不不存存在在电电源短路问题。源短路问题。1 1、主电路的组成、主电路的组成w输输入入端端可可控控整整流流，滤滤波波电电感感L将将输输

26、出出强强制制变变成成直直流流电电流流Id。逆逆变变器器没没有有调调压压功功能能，只只将将6个个晶晶闸闸管管按按确确定定的的规规则则通通断断，将将电电感感L送送来来的的恒恒流流Id逆逆变变成成频频率率可可调的沟通电。调的沟通电。图图3-13主电路主电路=整流器整流器+滤波电感滤波电感+晶闸管逆变器晶闸管逆变器整流器整流器：单相或三相整流电路。：单相或三相整流电路。滤波电感滤波电感：Ld。逆变器：逆变器：VT1VT6主晶闸管；主晶闸管；VD1VD6 隔离二极隔离二极 管；管；C13、C35、C51、C46、C62、C24 为换流电容；电动机的电感和换流电容组为换流电容；电动机的电感和换流电容组 成

27、换流电路。成换流电路。2、晶闸管导通规则及输出波形分析、晶闸管导通规则及输出波形分析w 1）逆变器中）逆变器中6个晶闸管的导通依次为：个晶闸管的导通依次为：w VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各晶闸管的触发间隔为各晶闸管的触发间隔为60。w 2）每每个个晶晶闸闸管管导导通通120电电角角度度后后被被关关断断，由由同同一一组的另一个晶闸管换流导通。组的另一个晶闸管换流导通。w 3）依依据据每每个个晶晶闸闸管管触触发发间间隔隔为为60，触触发发导导通通后后维维持持120才才被被关关断断的的特特征征(120导导电电型型)，可可以以得得到到6个晶闸管在个晶闸管在360区间里的导通状况如下表

28、。区间里的导通状况如下表。（1）晶闸管的导通状况（）晶闸管的导通状况（120电流型）电流型）晶闸管晶闸管 区间区间0060012001800240030003600VT1导通导通导通导通 VT2 导通导通导通导通 VT3 导通导通导通导通 VT4 导通导通导通导通 VT5 导通导通导通导通VT6导通导通 导通导通（2）每个）每个60区间内的负载等效电路区间内的负载等效电路 图图3-14（3）逆变器相电流计算值（）逆变器相电流计算值（120电流型）电流型）相、线相、线电电 压压 区区 间间0060012001800240030003600IUNIdId0-Id-Id0IVN-Id0IdId0-I

29、dIWN0-Id-Id0IdId（4）120导电型逆变器输出的相电流波导电型逆变器输出的相电流波 图图3-15（5）120导电型导电规律总结导电型导电规律总结 每每个个脉脉冲冲触触发发间间隔隔60内内，有有2个个晶晶闸闸管管元元件件导导通通，它们分属于逆变桥的共阴极组和共阳极组。它们分属于逆变桥的共阴极组和共阳极组。在在2个个导导通通元元件件中中，每每个个元元件件所所对对应应相相的的相相电电流流为为Id。而不导通元件所对应相的电流为。而不导通元件所对应相的电流为0。共共阳阳极极组组中中元元件件所所通通过过的的相相电电流流为为正正，共共阴阴极极组组元件所通过的相电流为负。元件所通过的相电流为负。

30、w 每个脉冲间隔每个脉冲间隔60内的相电流之和为内的相电流之和为0。3.4 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制(SPWM)逆变技术逆变技术w脉宽调制（脉宽调制（PWM）技术）技术利用全控型器件的导通和关断，把直流电利用全控型器件的导通和关断，把直流电压变成确定形态的电压脉冲序列，实现变压、变频并消退谐波的技术。压变成确定形态的电压脉冲序列，实现变压、变频并消退谐波的技术。w正弦正弦PWM（SPWM）输出的电压或电流波形接近于正弦波形。输出的电压或电流波形接近于正弦波形。wSPWM可分为可分为电压电压SPWM、电流、电流SPWM和磁通和磁通SPWM等，其中电等，其中电压压SPWM和电流和电流SPWM是

31、从电源角度动身的是从电源角度动身的SPWM，磁通，磁通SPWM（电（电压空间矢量压空间矢量PWM）是从电机角度动身的）是从电机角度动身的SPWM方法。方法。wPWM型变频器的主要特点是：型变频器的主要特点是：w1）主电路只有一个可控功率环节，开关元件少，限制线路结构简洁；）主电路只有一个可控功率环节，开关元件少，限制线路结构简洁；w2）整流侧运用了不行控整流器，电网功率因数与逆变器输出电压无关，）整流侧运用了不行控整流器，电网功率因数与逆变器输出电压无关，基本上接近于基本上接近于1；w3）VVVF在同一环节实现，与中间储能元件无关，动态响应快；在同一环节实现，与中间储能元件无关，动态响应快；w

32、4）通过对）通过对PWM限制方式的限制，能有效地抑制或消退低次谐波，实现限制方式的限制，能有效地抑制或消退低次谐波，实现接近正弦形的输出沟通电压波形。接近正弦形的输出沟通电压波形。3.4.1 电压正弦脉宽调制的工作原理电压正弦脉宽调制的工作原理1、电压正弦脉宽调制原理、电压正弦脉宽调制原理（1）正弦脉宽调制原理）正弦脉宽调制原理 正正弦弦脉脉宽宽调调制制（SPWM）波波是是与与正正弦弦波波等等效效的的一一系系列列等等幅不等宽的矩形脉冲波，如下图幅不等宽的矩形脉冲波，如下图a所示。所示。等效的原则等效的原则是每一区间的面积相等。是每一区间的面积相等。也也就就是是把把一一个个正正弦弦半半波波分分作

33、作n等等分分，然然后后把把每每一一等等分分正正弦弦曲曲线线与与横横轴轴所所包包围围的的面面积积都都用用一一个个与与之之面面积积相相等等的的矩矩形形脉脉冲冲来来代代替替，矩矩形形脉脉冲冲的的幅幅值值不不变变，各各脉脉冲冲的的中中点点与与正正弦弦波每一等分的中点相重合，见图波每一等分的中点相重合，见图b。由由n个个等等幅幅不不等等宽宽的的矩矩形形脉脉冲冲所所组组成成的的波波形形就就与与正正弦弦波波的的半周波形等效，称作半周波形等效，称作SPWM波形。波形。电压正弦波脉宽调制电压正弦波脉宽调制(SPWM)波形波形 图图3-16（2）SPWM变压变频器主电路原理图变压变频器主电路原理图 图图3-17（

34、3）单极式）单极式SPWM波的形成波的形成 图图3-19（4）正弦波与双极性三角波的调制）正弦波与双极性三角波的调制（5）三相双极式正弦脉宽调制和）三相双极式正弦脉宽调制和SPWM波形波形 图图3-202、SPWM逆变器的同步调制和异步调制逆变器的同步调制和异步调制wSPWM逆变器有一个重要参数逆变器有一个重要参数载波比载波比N，它被定义为载波频率，它被定义为载波频率fc与调制波频率与调制波频率fr之之比，用比，用N表示，即表示，即wN=w视载波比的变更与否，有同步调制与异步视载波比的变更与否，有同步调制与异步调制之分。调制之分。w（1）同步调制）同步调制w在变更在变更fr的同时成正比地变更的

35、同时成正比地变更fc，使载波比，使载波比N=常数。常数。w优优点点可可保保证证输输出出电电压压半半波波内内的的矩矩形形脉脉冲冲数数是是固固定定不不变变的的，假假如如取取N等等于于3的的倍倍数数，则则同同步步调调制制能能保保证证输输出出波波形形的的正正、负负半半波波始始终终保保持持对对称称，并并能能严严格格保证三相输出波形之间具有互差保证三相输出波形之间具有互差120的对称关系。的对称关系。w缺缺点点当当输输出出频频率率很很低低时时，由由于于相相邻邻两两脉脉冲冲间间的的间间距距增增大大，谐谐波波会会显显著著增增加加，使使负负载载电电机机产产生生较较大大的脉动转矩和较强的噪声。的脉动转矩和较强的噪

36、声。w（2）异步调制）异步调制w在在整整个个变变频频范范围围内内载载波波比比N不不等等于于常常数数。在在变变更更调调制制波波频频率率fr时时保保持持三三角角载载波波频频率率fc不不变变，提提高高了了低低频时的载波比。频时的载波比。w优优点点输输出出电电压压半半波波内内的的矩矩形形脉脉冲冲数数可可随随输输出出频频率的降低而增加，改善了系统的低频工作性能。率的降低而增加，改善了系统的低频工作性能。w缺缺点点在在改改善善低低频频工工作作性性能能的的同同时时，当当载载波波比比N随随着着输输出出频频率率的的降降低低而而连连续续变变更更时时，它它不不行行能能总总是是3的的倍倍数数，必必将将使使输输出出电电

37、压压波波形形及及其其相相位位都都发发生生变变更更，难难以以保保持持三三相相输输出出的的对对称称性性，因因而而引引起起电电机机工工作不平稳。作不平稳。（3）分段同步调制分段同步调制是将同步调制和异步调制结合起来。即在确定频率范围内接受同步调制，以保持输出波形对称的优点；当频率降低较多时，可使载波比N分段有级地加大，以接受异步调制的特长，这就是分段同步调制方式。具体地说，把整个变频范围划分成若干频段，每个频段内都维持载波比N恒定，而对不同的频段取不同的N值，频率低时，N值取大些，一般大致按等比级数支配。3、SPWM的实现方法的实现方法 （1）自然采样法自然采样法是依据正弦波与三角形波交点进行脉冲宽

38、度与间隙时间的采样，从而生成SPWM波形。具体是截取随意一段正弦波与三角载波的一个周期长度内的相交状况。A点为脉冲发生时刻，B点为脉冲结束时刻，在三角波的一个周期Tt内，t2为SPWM波的高电平常间，称作脉宽时间，t1与t3则为低电平常间，称为间隙时间。明显Tt=t1+t2+t3。自然采样法 规则采样法 图图4-28图图4-29w（2）规则采样法）规则采样法w规则采样法有：规则采样规则采样法有：规则采样法、规则采样法、规则采样法。法。w规规则则采采样样法法是是将将三三角角波波的的负负峰峰值值对对应应的的正正弦弦限限制制波波值值（E点点）作作为为采采样样电电压压值值，由由E点点水水平平截截取取A

39、、B两两点点，从从而而确确定定脉脉宽宽时时间间t2。在在这这种种采采样样法法中中，每每个个周周期期的的采采样样点点E对对时时间间轴轴都都是是匀匀整整的的，这这时时AE=EB，t1=t3，简简化化了了脉脉冲冲时间与间隙时间的计算。为此有时间与间隙时间的计算。为此有（3）指定谐波消退法）指定谐波消退法 图图4-304、电流正弦脉宽调制的工作原理（补充）、电流正弦脉宽调制的工作原理（补充）SPWM变频器通常用于沟通电动机的变频调速，而沟通电动机的限变频器通常用于沟通电动机的变频调速，而沟通电动机的限制性能主要取决于转矩或者电流的限制（在磁通恒定的条件下），为制性能主要取决于转矩或者电流的限制（在磁通

40、恒定的条件下），为满足电机限制的良好动态响应，常常接受电流正弦满足电机限制的良好动态响应，常常接受电流正弦PWM技术。电流正技术。电流正弦弦PWM是电流闭环限制，主要有是电流闭环限制，主要有PI限制、滞环限制及无差拍预料限制限制、滞环限制及无差拍预料限制等。等。目前，实现电流正弦目前，实现电流正弦PWM限制的常用方法是电流滞环限制的常用方法是电流滞环SPWM，即把，即把正弦电流参考波形和电流的实际波形通过滞环比较器进行比较，其结正弦电流参考波形和电流的实际波形通过滞环比较器进行比较，其结果确定逆变器桥臂上、下开关器件的导通和关断。这种方法的优点是果确定逆变器桥臂上、下开关器件的导通和关断。这种

41、方法的优点是限制简洁、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动爱限制简洁、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动爱护。缺点是电流谐波较大。护。缺点是电流谐波较大。（1）滞环电流跟踪限制）滞环电流跟踪限制电流滞环限制是一种非线性限制方法，电流滞环限电流滞环限制是一种非线性限制方法，电流滞环限制型逆变器一相（制型逆变器一相（U相）电流限制原理框图如下图相）电流限制原理框图如下图a所示。所示。（2）三相电流滞环限制型）三相电流滞环限制型SPWM变频调速系统变频调速系统 5、磁通、磁通SPWM（电压空间向量）（电压空间向量）(补充、简述）补充、简述）电电压压SPWM限限制制的的目目标

42、标是是使使逆逆变变器器的的输输出出电电压压尽尽量量接接近近正正弦弦波波；而而电电流流SPWM是是使使输输出出电电流流按按正正弦弦规规律律变变更更，它它比比电电压压正正弦弦已已经经进进了了一一步步。然然而而异异步步电电动动机机输输入入正正弦弦电电流流的的最最终终目目的的是是在在空空间间产产生生圆圆形形的的旋旋转转磁磁场场，从从而而产产生生恒恒定定的的转转矩矩。假假如如能能够够把把逆逆变变器器和和异异步步电电动动机机看看成成一一体体，干干脆脆依依据据跟跟踪踪圆圆形形旋旋转转磁磁场场来来限限制制PWM的的逆逆变变电电压压，使使电电动动机机磁磁通通依依据据正正弦弦脉脉宽宽调调制制，其其限限制制效效果果确确定定会会更更好好。这这样样的的模模式式叫叫做做“磁磁链链跟跟踪踪限限制制”，而而磁磁链链的的轨轨迹迹是是靠靠电电压压空空间间向量相加得到的，所以又称向量相加得到的，所以又称电压空间向量限制电压空间向量限制。本章选学内容3.4.3 电压空间向量SVPWM的工作原理(选学）3.4.4 三电平逆变电路（选学）教材作者供应Word文档，各校依据教学须要自行制作PPT。