电力电子技术第六章无源逆变课件

第第 6 章章 无源逆变电路无源逆变电路7/4/2024 1概述概述无源逆变无源逆变直流直流 交流（向负载直接供电）交流（向负载直接供电）无源逆变电路简称无源逆变电路简称逆变电路逆变电路逆变与变频逆变与变频逆变电路经常与变频的概念联系在一起逆变电路经常与变频的概念联系在一起变频电路：交交变频和交直交变频两种变频电路：交交变频和交直交变频两种交交直直交交变变频频由由交交直直变变换换和和直直交交变变换换两两部部分组成，后一部分就是逆变分组成，后一部分就是逆变7/4/2024 2北京交通大学电气工程学院 无源逆变技术的应用无源逆变技术的应用直流电源如蓄直流电源如蓄电池、干电池电池、干电池和太阳能电池和太阳能电池逆变电路交流负载供电交流负载供电7/4/2024 3北京交通大学电气工程学院交流电源：交流电源：如列车照明、感应加热电源、电如列车照明、感应加热电源、电解电镀电源、不停电电源（解电镀电源、不停电电源（UPS）、高频焊）、高频焊机、高频电子镇流器和航空电源等机、高频电子镇流器和航空电源等。无源逆变技术的应用无源逆变技术的应用交流调速系统：交流调速系统：如铁道如铁道牵引、大型工矿机车、牵引、大型工矿机车、城市有轨交通（地铁和城市有轨交通（地铁和轻轨车）、重型电传动轻轨车）、重型电传动汽车和矿井提升设备等。汽车和矿井提升设备等。7/4/2024 4北京交通大学电气工程学院逆变器的基本类型逆变器的基本类型按电路结构分类按电路结构分类桥式桥式零式零式按输出相数分类按输出相数分类单相单相多相多相按器件分类按器件分类半控型半控型全控型全控型按调制方法分类按调制方法分类PWMPAM方波、阶梯波方波、阶梯波按导通的角度分类按导通的角度分类180 120 7/4/2024 5北京交通大学电气工程学院逆变器的基本类型逆变器的基本类型（续）（续）按直流侧电源的性质分类（常用此分类）按直流侧电源的性质分类（常用此分类）电压型逆变器电压型逆变器 电流型逆变器电流型逆变器直流侧电源为直流侧电源为准恒压源准恒压源直流侧电源为直流侧电源为准恒流源准恒流源7/4/2024 6北京交通大学电气工程学院本章内容本章内容6.16.16.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6.3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.4 PWM技术技术6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.66.6多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理7/4/2024 7北京交通大学电气工程学院6.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理一、一、单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路1、电路结构、电路结构2、工作原理、工作原理/波形分析波形分析T1导通、导通、T2截止：截止：Uan=Ud/2T1截止、截止、T2导通：导通：Uan=-Ud/2T1、T2轮流导通，使轮流导通，使直流直流交流交流改变改变T1、T2的切换频率，便可改变的切换频率，便可改变输出交流电的频率。输出交流电的频率。7/4/2024 8北京交通大学电气工程学院一、单相半桥逆变电路一、单相半桥逆变电路（续）（续）3、基本关系、基本关系输出电压有效值输出电压有效值输出电压表达式输出电压表达式基波电压有效值基波电压有效值电感负载电流峰值电感负载电流峰值R-L负载电流基波负载电流基波分量分量7/4/2024 9北京交通大学电气工程学院二、单相全桥逆变电路二、单相全桥逆变电路1、电路结构、电路结构2、工作原理、工作原理/波形分析波形分析与全桥逆变电路相同与全桥逆变电路相同T1、T4导通、导通、T2、T3截止：截止：Uan=Ud T1、T4截止、截止、T2、T3导通：导通：Uan=-Ud 7/4/2024 10北京交通大学电气工程学院二、单相全桥逆变电路二、单相全桥逆变电路（续）（续）3、基本关系、基本关系输出电压表达式输出电压表达式基波电压有效值基波电压有效值电感负载电流峰值电感负载电流峰值R-L负载电流负载电流 其中其中7/4/2024 11北京交通大学电气工程学院三、三、单相推挽式逆变电路单相推挽式逆变电路1、电路结构、电路结构2、工作原理、工作原理T1 导通、导通、T2 截止：截止：Uo=-Ud/KT1 截止、截止、T2 导通：导通：Uo=Ud/K 3、基本关系、基本关系与桥式电路相同与桥式电路相同7/4/2024 12北京交通大学电气工程学院四、三种单相逆变电路四、三种单相逆变电路比较比较1、单相全桥逆变电路、单相全桥逆变电路在单相逆变电路中，全桥逆变电路应用最多。在单相逆变电路中，全桥逆变电路应用最多。2、单相半桥逆变电路、单相半桥逆变电路结构简单，所用器件比全桥电路少一半。结构简单，所用器件比全桥电路少一半。但输出交但输出交流电压幅值低，且直流侧需要两个电容串联，工作流电压幅值低，且直流侧需要两个电容串联，工作时需要控制两个电容器电压的均衡。时需要控制两个电容器电压的均衡。应用场合：常用于几应用场合：常用于几KW以下的小功率逆变电源。以下的小功率逆变电源。3、单相推挽式逆变电路、单相推挽式逆变电路所用器件比全桥电路少一半，但器件承受的电压比所用器件比全桥电路少一半，但器件承受的电压比全桥电路高出一倍，而且必须有变压器，低频使用全桥电路高出一倍，而且必须有变压器，低频使用受限制。受限制。7/4/2024 13北京交通大学电气工程学院本章内容本章内容6.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6.3 6.3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.4 PWM技术技术6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.66.6多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理7/4/2024 14北京交通大学电气工程学院6.3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理一、一、三相电压型逆变器工作原理三相电压型逆变器工作原理电路结构电路结构 根据各管导通根据各管导通时间分：时间分：180 导通型导通型 120 导通型导通型 负载连接方式负载连接方式 型连接型连接 Y型连接型连接7/4/2024 15北京交通大学电气工程学院（一）（一）1800导电型工作原理分析导电型工作原理分析1、电压波形、电压波形 相电压波形相电压波形 线电压波形线电压波形7/4/2024 16北京交通大学电气工程学院（一）（一）1800导电型工作原理分析导电型工作原理分析（续）（续）2、各阶段的等值电路及电压值、各阶段的等值电路及电压值7/4/2024 17北京交通大学电气工程学院（一）（一）1800导电型工作原理分析导电型工作原理分析（续）（续）3、电压表达式、电压表达式相电压表达式相电压表达式线电压表达式线电压表达式7/4/2024 18北京交通大学电气工程学院（一）（一）1800导电型工作原理分析导电型工作原理分析（续）（续）3、电压表达式、电压表达式（续）（续）相电压有效值相电压有效值线电压有效值线电压有效值7/4/2024 19北京交通大学电气工程学院（三）电压型逆变器有功功率的反馈（三）电压型逆变器有功功率的反馈 电动机负载工作在发电机状态时，其发出的电电动机负载工作在发电机状态时，其发出的电能通过逆变器电路中的反馈二极管能通过逆变器电路中的反馈二极管D1D6回馈回馈到直流侧，使直流侧电压到直流侧，使直流侧电压Ud升高升高为限制为限制Ud，必需将回馈的电能消耗掉或回馈到，必需将回馈的电能消耗掉或回馈到电网，具体方案有：电网，具体方案有：通过制动单元消耗掉通过制动单元消耗掉通过有源逆变桥回馈到电网（见再生方案通过有源逆变桥回馈到电网（见再生方案1）通过脉冲整流器回馈到电网（见再生方案通过脉冲整流器回馈到电网（见再生方案2）7/4/2024 20北京交通大学电气工程学院（三）逆变器有功功率的反馈（三）逆变器有功功率的反馈（续）（续）再生方案再生方案1功率因数低功率因数低谐波电流大谐波电流大通过有源逆变器将再生能量反馈给电网通过有源逆变器将再生能量反馈给电网7/4/2024 21北京交通大学电气工程学院（三）逆变器有功功率的反馈（三）逆变器有功功率的反馈（续）（续）再生方案再生方案2功率因数高功率因数高（接近于（接近于1）谐波电流小谐波电流小通过脉冲变流器将再生能量反馈给电网通过脉冲变流器将再生能量反馈给电网7/4/2024 22北京交通大学电气工程学院二、三相电流型逆变器工作原理二、三相电流型逆变器工作原理1、电路结构：、电路结构：逆变器的供电电源为电流源逆变器的供电电源为电流源7/4/2024 23北京交通大学电气工程学院本章内容本章内容6.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6.3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.46.46.4 PWM PWM技术技术技术技术6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.66.6多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理7/4/2024 24北京交通大学电气工程学院6.4 PWM技术技术方波控制逆变器的问题方波控制逆变器的问题本身不能调节输出量幅值本身不能调节输出量幅值输出量中含有大量的输出量中含有大量的5、7、11、13次谐波次谐波解决方法解决方法采用采用PWM控制技术控制技术本课程主要讨论本课程主要讨论电压型电压型PWM逆变器逆变器的控制方法的控制方法7/4/2024 25北京交通大学电气工程学院PWMPWM控制的思想控制的思想源于通信技术源于通信技术，全控型器件的，全控型器件的发展发展 使得实现使得实现PWMPWM控制变得十分容易。控制变得十分容易。PWMPWM技术的技术的应用十分广泛应用十分广泛，它使电力电子装置，它使电力电子装置的性的性 能大大提高，因此它在电力电子技术的发能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。展史上占有十分重要的地位。PWMPWM控制技术正是有赖于在控制技术正是有赖于在逆变电路逆变电路中的成功中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWMPWM技技术。术。7/4/2024 26北京交通大学电气工程学院PWMPWM控制的控制的理论基础理论基础方波窄脉冲三角波窄脉冲单位冲击函数正弦半波窄脉冲f(t)d(t)tOa)b)c)d)tOtOtOf(t)f(t)f(t)形状不同而冲量相同的各种窄脉冲冲量冲量指窄脉冲的面积指环节的输出响应波形基本相同7/4/2024 27北京交通大学电气工程学院PWMPWMPWMPWM控制的基本原理控制的基本原理控制的基本原理控制的基本原理i(t)e(t)实例实例以上实例说明了“面积等效原理”电路输入：e(t)电路输出：i(t)7/4/2024 28北京交通大学电气工程学院一、正弦脉宽调制（一、正弦脉宽调制（SPWM）原理）原理1、目标涵数、目标涵数正弦电压正弦电压使脉冲列的作用效果尽量接近正弦波的作用效果使脉冲列的作用效果尽量接近正弦波的作用效果2、基本原理、基本原理（说明（说明（说明（说明SPWMSPWM波与正弦波如何等效问题）波与正弦波如何等效问题）波与正弦波如何等效问题）波与正弦波如何等效问题）根据冲量等效（面积等效）原理，用一组根据冲量等效（面积等效）原理，用一组幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲列来代幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲列来代替正弦波。替正弦波。按同一比例改变各脉冲的宽度即可改变等按同一比例改变各脉冲的宽度即可改变等效正弦波的幅值。效正弦波的幅值。7/4/2024 29北京交通大学电气工程学院如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波正弦脉宽调制（正弦脉宽调制（SPWM）原理）原理（续）（续）7/4/2024 30北京交通大学电气工程学院如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波SPWM波若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。正弦脉宽调制（正弦脉宽调制（SPWM）原理）原理（续）（续）7/4/2024 31北京交通大学电气工程学院正弦脉宽调制（正弦脉宽调制（SPWM）原理）原理（续）（续）3、SPWM的控制方法的控制方法（说明（说明（说明（说明SPWMSPWM波实现方法问题）波实现方法问题）波实现方法问题）波实现方法问题）离线离线计算法计算法根据输出正弦波的频率、幅值和半根据输出正弦波的频率、幅值和半个周期内的脉冲数计算个周期内的脉冲数计算PWM波各脉冲的宽度和间波各脉冲的宽度和间隔。隔。v 缺点：计算量大，繁琐。缺点：计算量大，繁琐。调制法调制法将目标涵数（波形）作为调制信号，通将目标涵数（波形）作为调制信号，通过对载波的调制得到过对载波的调制得到PWM波形。波形。v 一般用等腰三角形波作为载波；一般用等腰三角形波作为载波；v 根据输出电压波形的极性可分为单极性（或不根据输出电压波形的极性可分为单极性（或不对称）调制和双极性（或对称）调制。对称）调制和双极性（或对称）调制。7/4/2024 32北京交通大学电气工程学院正弦脉宽调制（正弦脉宽调制（SPWM）原理）原理（续）（续）单极性调制单极性调制参照单相逆参照单相逆变器说明变器说明正半周：正半周：T1导通，导通，T4交交替通断，替通断，T2、T3截止截止负半周：负半周：T2导通，导通，T3交交替通断，替通断，T1、T4截止截止7/4/2024 33北京交通大学电气工程学院正弦脉宽调制（正弦脉宽调制（SPWM）原理）原理（续）（续）7/4/2024 34北京交通大学电气工程学院正弦脉宽调制（正弦脉宽调制（SPWM）原理）原理（续）（续）双极性调制双极性调制同一桥臂上的同一桥臂上的两个管子处于两个管子处于互补工作状态互补工作状态uruc时：时：T1、T4导通，导通，T2、T3截止，截止，uo=VDuruc时，时，上桥臂上桥臂T1导通，下桥臂导通，下桥臂T4关关断，断，uao=Ud/2；当；当urauc时，时，T4导，导，T1关断，关断，uao=-Ud/2。B相和相和C相的控制方式和相的控制方式和A相相同。相相同。三相调制信号三相调制信号u urara、u urbrb和和u urcrc的相位依次相差的相位依次相差120120。7/4/2024 37北京交通大学电气工程学院二、二、SPWM波的基波电压波的基波电压在电压型逆变器输出的在电压型逆变器输出的SPWM电压波形中对负载有用电压波形中对负载有用的只是基波电压，谐波电压在负载上产生谐波电流，的只是基波电压，谐波电压在负载上产生谐波电流，只会给负载带来负面影响，如产生谐波损耗、噪音、只会给负载带来负面影响，如产生谐波损耗、噪音、脉动转矩。因此脉动转矩。因此基波电压越大越好基波电压越大越好。可以证明当可以证明当n 较大时，较大时，SPWM电压波形的基波电压与电压波形的基波电压与调制信号调制信号ur的幅值近视成正比，因此的幅值近视成正比，因此调节调节ur的幅值便可的幅值便可控制基波电压的幅值。控制基波电压的幅值。调节调节ur的频率便可控制基波电压的频率的频率便可控制基波电压的频率。7/4/2024 38北京交通大学电气工程学院三、对脉宽调制的制约条件三、对脉宽调制的制约条件 1 1、定义载波频率、定义载波频率f fc c与调制波频率与调制波频率f fr r之比为载波比之比为载波比N N，定义调制波与载波的幅值之比为调制比定义调制波与载波的幅值之比为调制比M。2、对脉宽调制的制约条件、对脉宽调制的制约条件（1）器件开关频率对）器件开关频率对N N的限制：为了使逆变器的的限制：为了使逆变器的输出波形尽量接近正弦波，应尽可能增大输出波形尽量接近正弦波，应尽可能增大N N，但但N N必须满足下列条件必须满足下列条件7/4/2024 39北京交通大学电气工程学院三、对脉宽调制的制约条件三、对脉宽调制的制约条件（续）（续）（2）器件的导通时间）器件的导通时间ton、关断时间、关断时间toff对对M的限的限制（最小脉宽与最小间歇的限制）：制（最小脉宽与最小间歇的限制）：为保证主电路开关器件的安全工作，必须使调为保证主电路开关器件的安全工作，必须使调制成的脉冲波有个最小脉宽与最小间歇的限制，制成的脉冲波有个最小脉宽与最小间歇的限制，以保证最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间以保证最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间ton，而最小脉冲间歇大于器件的关断时间，而最小脉冲间歇大于器件的关断时间toff。因此对因此对M有限制有限制，M在在01之间，之间，实际上小于实际上小于1 1。7/4/2024 40北京交通大学电气工程学院四、同步调制与异步调制四、同步调制与异步调制 根据调频过程载波比的变化情况，根据调频过程载波比的变化情况，PWMPWM调制方式可分为调制方式可分为异异步调制步调制和、和、同步调制同步调制和和分段同步调制分段同步调制。1、异步调制、异步调制 载波信号和调制信号不同步的调制方式，载波信号和调制信号不同步的调制方式，通常保持通常保持f fc c固定不变，当固定不变，当f fr r变化时，载波比变化时，载波比N N是变化的。是变化的。特点：特点：在在信信号号波波的的半半周周期期内内，PWMPWM波波的的脉脉冲冲个个数数不不固固定定，相相位位也也不不固固定定，正正负负半半周周期期的的脉脉冲冲不不对对称称，半半周周期期内内前前后后1/41/4周期的脉冲也不对称周期的脉冲也不对称波形对称性差；波形对称性差；当当f fr r较较低低时时，N N较较大大，一一周周期期内内脉脉冲冲数数较较多多，脉脉冲冲不不对对称产生的不利影响都较小称产生的不利影响都较小低频特性相对较好；低频特性相对较好；当当f fr r增增高高时时，N N减减小小，一一周周期期内内的的脉脉冲冲数数减减少少，PWMPWM脉脉冲冲不对称的影响变大不对称的影响变大高频特性相对较差高频特性相对较差。7/4/2024 41北京交通大学电气工程学院2、同步调制、同步调制载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即使载波与信号波保持同步，即N N等于常数。等于常数。同步调制三相PWM波形讨论讨论三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受同步调制与异步调制同步调制与异步调制（续）（续）7/4/2024 42北京交通大学电气工程学院分段同步调制方式举例分段同步调制方式举例 3、分段同步调制、分段同步调制异步调制和同步调制的综合应用异步调制和同步调制的综合应用讨论：把整个fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段的N不同在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低为防止fc在切换点附近来回跳动，采用滞后切换 的方法结论：同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容 易实现可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近同步调制与异步调制同步调制与异步调制（续）（续）7/4/2024 43北京交通大学电气工程学院五、五、SPWM波形生成方式波形生成方式（一）模拟控制（一）模拟控制 生成方式生成方式 特点：实时性好，但控制电路复杂，可靠性差特点：实时性好，但控制电路复杂，可靠性差7/4/2024 44北京交通大学电气工程学院（二）（二）SPWM的数字控制生成方式的数字控制生成方式数字控制数字控制 生成方式（包括用微机实时计算生成生成方式（包括用微机实时计算生成或用专用芯片生成）或用专用芯片生成）目前最常用的生成方式。目前最常用的生成方式。特点：控制电路简单、可靠。特点：控制电路简单、可靠。用微机实时计算生成用微机实时计算生成SPWM控制信号时，关键问题控制信号时，关键问题是如何快速、准确地计算出脉冲宽度。这主要取决是如何快速、准确地计算出脉冲宽度。这主要取决于脉冲宽度计算方法。于脉冲宽度计算方法。7/4/2024 45北京交通大学电气工程学院脉冲宽度脉冲宽度经典经典计算方法介绍计算方法介绍1、基本概念、基本概念自然采样法自然采样法：按照正：按照正弦调制波与三角载波弦调制波与三角载波的自然交点，采集脉的自然交点，采集脉冲前、后沿时刻，生冲前、后沿时刻，生成成SPWM波形，叫做波形，叫做自然采样法。自然采样法。（Natural Sampling）7/4/2024 46北京交通大学电气工程学院脉冲宽度脉冲宽度经典经典计算方法介绍计算方法介绍（续）（续）规则采样法规则采样法：按照某种规则采集脉冲前、后沿时刻，：按照某种规则采集脉冲前、后沿时刻，生成生成SPWM波形，叫做规则采样法（波形，叫做规则采样法（Regular Sampling）。）。7/4/2024 47北京交通大学电气工程学院脉冲宽度脉冲宽度经典经典计算方法介绍计算方法介绍（续）（续）2、自然采样法脉宽计算自然采样法脉宽计算超超越越方方程程，求求解解困困难难！虽虽能能确确切切反反映映正正弦弦脉脉宽宽调制的原始方法，却不适于微机实时控制。调制的原始方法，却不适于微机实时控制。7/4/2024 48北京交通大学电气工程学院脉冲宽度脉冲宽度经典经典计算方法介绍计算方法介绍（续）（续）3、规则采样法、规则采样法II脉宽计算脉宽计算规则采样法的实质是用阶梯波来代替正弦规则采样法的实质是用阶梯波来代替正弦波，从而简化了算法，适合微机实时控制。波，从而简化了算法，适合微机实时控制。7/4/2024 49北京交通大学电气工程学院本章内容本章内容6.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6.3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.4 PWM技术技术6.56.56.56.5其它其它其它其它PWMPWMPWMPWM控制方法控制方法控制方法控制方法6.66.6多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理7/4/2024 50北京交通大学电气工程学院6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法 一、电流跟踪控制一、电流跟踪控制PWM目标涵数目标涵数正弦电流正弦电流使实际输出电流尽量接近正弦参考电流使实际输出电流尽量接近正弦参考电流电流跟踪控制的方法很多，最基本的方法是电电流跟踪控制的方法很多，最基本的方法是电流流滞环滞环跟踪控制跟踪控制，其它方法都是对，其它方法都是对滞环滞环跟踪控跟踪控制制 的改进的改进7/4/2024 51北京交通大学电气工程学院电流跟踪控制电流跟踪控制PWM（续）（续）电流滞环跟踪控制的原理电流滞环跟踪控制的原理设定参考电流设定参考电流i i*环及环宽环及环宽2h将实际电流将实际电流i i与参考电流与参考电流i i*比较比较根据比较结果控制上、下桥臂根据比较结果控制上、下桥臂 滞环环宽滞环环宽7/4/2024 52北京交通大学电气工程学院电流跟踪控制电流跟踪控制PWM（续）（续）电流滞环跟踪控制的特点电流滞环跟踪控制的特点属于闭环控制（跟踪型属于闭环控制（跟踪型PWM控制的共同特点）控制的共同特点）控制电路简单控制电路简单电流响应快电流响应快不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波电流控制的精度与滞环比较器的环宽有关电流控制的精度与滞环比较器的环宽有关v 环宽大：谐波电流分量大，但开关频率低；环宽大：谐波电流分量大，但开关频率低；v 环宽小：谐波电流分量小，但开关频率高。环宽小：谐波电流分量小，但开关频率高。开关频率开关频率 不固定不固定7/4/2024 53北京交通大学电气工程学院电流跟踪控制电流跟踪控制PWM（续）（续）影响开关频率的因素影响开关频率的因素 开关频率开关频率fc与环宽与环宽2h成反比成反比;负载电感负载电感L越大，越大，fc越小；越小；直流侧电压直流侧电压VD值越大，值越大，fc越大越大;参考电流参考电流i i*的变化率越大，的变化率越大，fc越小；越小；负载反电势负载反电势Ea越大，越大，fc越小。越小。7/4/2024 54北京交通大学电气工程学院电流跟踪控制电流跟踪控制PWM（续）（续）最大的开关频率发生在最大的开关频率发生在Ea=0（电机堵转）且参（电机堵转）且参考电流考电流i i*的变化率为零的时刻，此时的变化率为零的时刻，此时 为了在功率器件的允许开关频率为了在功率器件的允许开关频率 范围内得到较范围内得到较好的电流波形，派生出了很多种电流跟踪控制方好的电流波形，派生出了很多种电流跟踪控制方法，这些控制方法的实质是：使任何时刻实际开法，这些控制方法的实质是：使任何时刻实际开关频率尽可能达到最大设计值。关频率尽可能达到最大设计值。7/4/2024 55北京交通大学电气工程学院电流跟踪控制电流跟踪控制PWM（续）（续）改进方法改进方法1变环宽电流滞环跟踪控制变环宽电流滞环跟踪控制根据参考根据参考电流变化电流变化率实时调率实时调整滞环宽整滞环宽度，使开度，使开关频率恒关频率恒定定7/4/2024 56北京交通大学电气工程学院电流跟踪控制电流跟踪控制PWM（续）（续）改进方法改进方法2带开关频率闭环的电流滞环跟踪控制带开关频率闭环的电流滞环跟踪控制将实际开关频率将实际开关频率与参考开关频率与参考开关频率进行比较，据此进行比较，据此结果实时调整滞结果实时调整滞环宽度，使开关环宽度，使开关频率恒定频率恒定7/4/2024 57北京交通大学电气工程学院二、谐波消除二、谐波消除PWM目标涵数目标涵数消除特定次谐波消除特定次谐波7/4/2024 58北京交通大学电气工程学院谐波消除谐波消除PWM（续）（续）用脉宽调制消除指定的谐波分量用脉宽调制消除指定的谐波分量 式中式中 为了消除为了消除3次和次和5次谐波，可令次谐波，可令 U3M=0和和 U5M=0 可求得特定的可求得特定的 1和和 27/4/2024 59北京交通大学电气工程学院PWM控制技术总结控制技术总结PWM控制技术在电力电子领域有着广泛的应控制技术在电力电子领域有着广泛的应用，它推动了电力电子技术的发展用，它推动了电力电子技术的发展谐波消除谐波消除PWM技术技术在晶闸管逆变器上用得较在晶闸管逆变器上用得较多，它较好地解决了在开关频率不高的情况下多，它较好地解决了在开关频率不高的情况下消除危害最严重的谐波的问题消除危害最严重的谐波的问题电流跟踪控制电流跟踪控制PWM技术技术要求功率开关器件具要求功率开关器件具有较高的开关频率，通常只用在有较高的开关频率，通常只用在IGBT逆变器逆变器上。上。重点掌握重点掌握SPWM技术技术7/4/2024 60北京交通大学电气工程学院本章内容本章内容6.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6.3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.4 PWM技术技术6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.66.66.66.6多重化技术多重化技术多重化技术多重化技术6.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理7/4/2024 61北京交通大学电气工程学院6.6多重化技术多重化技术 多重化的目的多重化的目的消除或减少低次谐波，改善逆变器的输出波形；消除或减少低次谐波，改善逆变器的输出波形；增大装置容量。增大装置容量。多重连接方法多重连接方法电流型电流型逆变单元多重连接：逆变单元多重连接：N个逆变单元的输出个逆变单元的输出并并联联（直接并联或经过变压器耦合后并联），各逆变（直接并联或经过变压器耦合后并联），各逆变单元的运行相位彼此错开单元的运行相位彼此错开60o/N。电压型电压型逆变单元多重连接：逆变单元多重连接：N个逆变单元的输出经个逆变单元的输出经过变压器耦合后过变压器耦合后串联串联，各逆变单元的运行相位彼此，各逆变单元的运行相位彼此错开错开60o/N。7/4/2024 62北京交通大学电气工程学院一、电流型逆变器的多重化一、电流型逆变器的多重化1、无输出变压器的电流型逆变器多重连接、无输出变压器的电流型逆变器多重连接 7/4/2024 63北京交通大学电气工程学院电流型逆变器的多重化电流型逆变器的多重化（续）（续）基本关系基本关系总输出电流基波有效值总输出电流基波有效值总输出电流谐波分量有效值总输出电流谐波分量有效值逆变单元的输出相位彼此错开逆变单元的输出相位彼此错开=30 时，直流侧输入时，直流侧输入电压电压 ED1=1.35E1COS(-150)ED2=1.35E1COS(+150)两个逆变单元不能共用整流器两个逆变单元不能共用整流器 7/4/2024 64北京交通大学电气工程学院电流型逆变器的多重化电流型逆变器的多重化（续）（续）2、输出变压器耦合型电流型逆变器多重化连接、输出变压器耦合型电流型逆变器多重化连接 7/4/2024 65北京交通大学电气工程学院电流型逆变器的多重化电流型逆变器的多重化（续）（续）基本关系基本关系总输出电流基波有效值总输出电流基波有效值总输出电流谐波分量有效值总输出电流谐波分量有效值7/4/2024 66北京交通大学电气工程学院二、电压型逆变器的多重化二、电压型逆变器的多重化二重PWM型逆变电路 利用电抗器联接的二重利用电抗器联接的二重PWM逆变电路逆变电路两个单元的载波信号错开180输出端相对于直流电源中点N的电压uUN=(uU1N+uU2N)/2,已变为单极性PWM波7/4/2024 67北京交通大学电气工程学院输出线电压共有输出线电压共有0、(1/2)Ud、Ud五个电平，比非多重化时谐五个电平，比非多重化时谐波有所减少波有所减少电抗器上所加电压频率为载波频电抗器上所加电压频率为载波频率，比输出频率高得多，只要很率，比输出频率高得多，只要很小的电抗器就可以了小的电抗器就可以了输出电压所含谐波角频率仍可表输出电压所含谐波角频率仍可表示为示为nw wc+kw wr，但其中，但其中n为奇数时为奇数时的谐波已全被除去，谐波最低频的谐波已全被除去，谐波最低频率在率在2w wc附近，相当于电路的等附近，相当于电路的等效载波频率提高一倍效载波频率提高一倍二重PWM型逆变电路输出波形 PWM逆变电路的多重化逆变电路的多重化7/4/2024 68北京交通大学电气工程学院本章内容本章内容6.16.1 无源逆变电路的原理无源逆变电路的原理6.3 三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.46.4 PWM技术技术6.56.5其它其它PWMPWM控制方法控制方法6.66.6多重化技术多重化技术6.76.76.76.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理7/4/2024 69北京交通大学电气工程学院6.7三电平逆变器的原理三电平逆变器的原理 前面所介绍的三相逆变电路其输出电压只有两前面所介绍的三相逆变电路其输出电压只有两种电平种电平 本节介绍能输出三种电平的三相逆变电路本节介绍能输出三种电平的三相逆变电路7/4/2024 70北京交通大学电气工程学院一、一、三电平逆变三电平逆变电路原理电路原理Holtz电路电路T1导通：导通：UAo=Ud/2T4导通：导通：UAo=-Ud/2T7 或或T8导通：导通：UAo=07/4/2024 71北京交通大学电气工程学院三电平逆变三电平逆变电路原理电路原理（续）（续）Nabae电路电路T11、T12导导通：通：UAo=Ud/2T41、T42导导通：通：UAo=-Ud/2D7、T12 或或D8、T41 导导通：通：UAo=07/4/2024 72北京交通大学电气工程学院二、三点式逆变器的输出电压波形二、三点式逆变器的输出电压波形 逆变器的相电压波形逆变器的相电压波形控制角控制角 (a)方波输出方波输出 (b)PWM方式输出方式输出7/4/2024 73北京交通大学电气工程学院三点式逆变器的输出电压波形三点式逆变器的输出电压波形（续）（续）不同控制角时负载不同控制角时负载相电压波形相电压波形7/4/2024 74北京交通大学电气工程学院p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日