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第二章第二章 DC-AC 变换器变换器(Inverter)2-1 硬开关方波逆变电路2-2 硬开关PWM逆变电路2-3 SPWM驱动信号的产生方法2-4 硬开关PWM逆变电路的谐波分析2-5 改善电压波形的技术措施2-7 闭锁时间对输出电压的影响2-6 逆变电路的控制 逆变器的分类：1、控制灵活、响应快速2、节省材料、减小体积3、PF大、高效节能输出频率：工频、中频、高频（20kHz）相 数：单相、三相能量流向：有源、无源电源类型：电压源型电压源型VSI、电流源型CSI电路结构：半桥、全桥、推挽、单管换流方式：负载换流式、硬开关式硬开关式、谐振式按 主要优点：主要指标主要指标：1、功率因数（PF Power Factor)：2、畸变谐波评价=I1/I 电流谐波因数cos 相位因数 畸变因数(DF Distortion factor)总谐波因数(THF Total Harmonic Distortion factor)谐波因数(HF Harmonic factor)最低次谐波(LOH Lowest-order Harmonic)3、逆变效率4、电磁兼容性EMI5、功率体积（重量）比2-1 硬开关方波逆变电路硬开关方波逆变电路1单相逆变电路单相逆变电路1、半桥单相逆变电路2、全桥单相逆变电路2三相逆变电路三相逆变电路1、纵向换流控制方式2、横向换流控制方式方波逆变方波逆变=PWM逆变逆变的特例的特例单相逆变电路单相逆变电路1 半桥逆变电路：逆变电路的基本单元！逆变电路的基本单元！D续流 整流S导通 逆变无论电流方向如何S1、S2 50%互补导通 半桥逆变电路工作波形无直流、无余弦、无偶次谐波 半桥逆变的输出功率PDC 有功功率；PAC 无功功率 全桥逆变电路全桥逆变电路半桥并联50%对角线互补控制输出电压大一倍开关电流小一倍波形与半桥类似波形与半桥类似特点：特点：臂内自然换流；臂间强迫换流直流电压利用率高谐波含量高：电压不可调：自然死区?全桥移相式逆变电路全桥移相式逆变电路THFmin仍20%，且LOH=3三相方波逆变电路三相方波逆变电路2180导通，60纵向换流120导通，60横向换流控制方式0 纵向换流控制方式k=1,2,3自然数 横向换流控制方式无直通2-2 硬开关硬开关PWM逆变电路逆变电路1单相桥式单相桥式SPWM逆变电路逆变电路1、单极性调制2、双极性调制2三相桥式三相桥式SPWM逆变电路逆变电路1、同步控制方式2、异步控制方式2-2 硬开关硬开关硬开关硬开关PWMPWM逆变电路逆变电路逆变电路逆变电路 电路结构电路结构面积等效原理：面积等效原理：冲量(窄脉冲的面积窄脉冲的面积)相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果(输出响应波形输出响应波形)基本相同。调制方法：调制方法：PWMPWMPWMPWM、PFMPFMPFMPFM、PAMPAMPAMPAMOwtUd-UdOwtUd-Ud等幅、等距、不等宽方波正弦波调压、调频正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制SPWM单相桥式单相桥式SPWM逆变电路逆变电路1 单极性调制：正接正接+反接反接+短接短接单相桥式单相桥式SPWM逆变电路逆变电路1 双极性调制：正接正接+反接反接对角线互补对角线互补三相桥式三相桥式SPWM逆变电路逆变电路2 载波比载波比 异步调制：异步调制：m整数整数 同步调制：同步调制：m=整数整数 分段同步分段同步 为保证三相对称，共用载波应与三相调制波交点相差为保证三相对称，共用载波应与三相调制波交点相差120120：m=3n n为正整数为正整数 为保证输出无偶次谐波、无余弦项，输出波形应为保证输出无偶次谐波、无余弦项，输出波形应1/41/4对称：对称：m=3n n为正奇数为正奇数 输出波形(m=3)2-3 SPWM驱动信号的产生方法驱动信号的产生方法1自然采样法自然采样法2低次谐波消去法低次谐波消去法3规则采样法规则采样法硬件：分立、集成（硬件：分立、集成（SA8X系列）软件：软件：DSP、单片机编程、单片机编程自然采样法（双边调制）自然采样法（双边调制）1 利用硬件原理计算交点时刻，利用硬件原理计算交点时刻，设：设：在线实时计算、查表规则采样法（单规则采样法（单/双边调制）双边调制）2 锯齿波调制（单边）锯齿波调制（单边）三角波调制（双边）三角波调制（双边）含偶次谐波低次谐波消去法低次谐波消去法3 以低次谐波以低次谐波=0为目标，为目标，计算开关时刻。计算开关时刻。得得(m-1)/2个时刻个时刻消消(m-1)/2-1种谐波种谐波在在1/4T内内按富氏级数公式按富氏级数公式计算计算n次谐波幅值次谐波幅值单相逆变消单相逆变消3、5次谐波次谐波2-4 改善电压波形的技术措施改善电压波形的技术措施1新型主电路结构新型主电路结构2多重化结构多重化结构4优化优化PWM技术技术3附加输出滤波器附加输出滤波器新型主电路结构新型主电路结构 （中点钳位式（中点钳位式PWM逆变逆变NPC-PWM）1 直流中点钳位（主控器件全关断）全部器件耐压=Ui/2 单极性调制（谐波小于双极性Ui/2）ABB-asc1000 变频器西门子新型高压西门子新型高压IGBT变频器变频器优化优化PWM技术技术（倍频式（倍频式PWM）2fs谐波器件速度限制开关损耗限制倍频！倍频！l 3n次谐波：uo是120准方波，3n次谐波都被抵消，仅含6k1次谐波，单相单相电压型二重逆变电路电压型二重逆变电路 两个单相输出u1和u2都是180矩形波多重逆变（多重逆变（Multi-inverter）3串联多重串联多重:各电压型逆变单元输出串联，提高电压并联多重并联多重:各电流型逆变单元输出并联，增大电流串联多重串联多重:各电压型逆变单元输出串联，提高电压工作波形工作波形 功率单元串联高压变频器拓扑功率单元串联高压变频器拓扑多电平多重串联变频器多电平多重串联变频器附加输出滤波器附加输出滤波器4 利用负载滤波 附加滤波器2-5 逆变电路的控制策略逆变电路的控制策略1电压单环反馈控制电压单环反馈控制2电压电流双环反馈控制电压电流双环反馈控制4电流单环反馈控制电流单环反馈控制3电压空间矢量控制电压空间矢量控制5直接转矩控制直接转矩控制*电压单环反馈控制电压单环反馈控制 （电压（电压平均值平均值单环反馈控制方式）单环反馈控制方式）1 单结构简单，调节连续；单结构简单，调节连续；响应速度慢：响应速度慢：主电路滤波、检测滤波、主电路滤波、检测滤波、PI PI大电容；大电容；电压波形开环，非线性负电压波形开环，非线性负 载下，电压畸变严重；载下，电压畸变严重；电压单环反馈控制电压单环反馈控制 （电压（电压瞬时值瞬时值单环反馈控制方式）单环反馈控制方式）1电流单环反馈控制电流单环反馈控制 （电流滞环跟踪控制方式）（电流滞环跟踪控制方式）2电流单环反馈控制电流单环反馈控制 2初始初始 滞环越小，电流谐波越少，但开关频率越高；滞环越小，电流谐波越少，但开关频率越高；电流波形调节速度快，一开关周期完成；电流波形调节速度快，一开关周期完成；一阶电路，无条件稳定；一阶电路，无条件稳定；开关频率不固定；安秒不平衡，半桥不宜。开关频率不固定；安秒不平衡，半桥不宜。每周期每周期i iL L变化相同，变化相同，u uL L伏秒平衡，无磁偏；伏秒平衡，无磁偏；电流单环反馈控制电流单环反馈控制 （恒开关频率电流控制方式）（恒开关频率电流控制方式）2 开关频率固定，开关频率固定，同步开关控制；同步开关控制；高次谐波大于高次谐波大于 滞环跟踪控制。滞环跟踪控制。电压电流双环反馈控制电压电流双环反馈控制3 外环：外环：稳定低频输出正弦稳定低频输出正弦电压；电压；内环：内环：稳定高频调制输出稳定高频调制输出电流，围绕正弦波电流，围绕正弦波动；动；电压电流双环反馈控制电压电流双环反馈控制3电压空间矢量控制电压空间矢量控制 (SVPWM)4 旋转磁场磁链圆磁链圆旋转磁场分析旋转磁场分析磁链跟踪控制磁链跟踪控制电压电压SV轨迹分析轨迹分析电压空间矢量控制电压空间矢量控制SVPWM 三相方波逆变（纵向换流）基本矢量：上臂通1、下臂通0相邻矢量：仅差一个开关状态；相反矢量：互补全部开关状态。SVPWM 组合矢量：需要零矢量参与组合子扇区组合周期SVPWM 矢量序列：直流电压利用率高 开关损耗小 近似圆形磁场 可用于静止三相逆变2-7 闭锁（死区）时间对输出电压的影响闭锁（死区）时间对输出电压的影响 输出电压瞬态平均值（瞬态平均值（V/Ts)闭锁时间对输出电压的影响 死区越大，输出电压基波越小；低次谐波增大：单相：3、5、7次 三相：6m1次=0 时，THD最小。智能功率模块 IPM写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits50 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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