第3章1直流交流变换电路课件

第第3章章 直流直流-交流变换电路交流变换电路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。第第3章章 直流直流-交流变换电路交流变换电路3.1 逆变的概念逆变的概念 逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。把直流电逆变成交流电的电路。按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。1）有有源源逆逆变变可可控控整整流流电电路路工工作作在在逆逆变变状状态态，把把该该电电路路的的交交流流侧侧接接到到交交流流电电源源上上，把把直直流流电电逆逆变变成与交流电源同频率的交流电返送到电源。成与交流电源同频率的交流电返送到电源。2）无无源源逆逆变变或或变变频频可可控控整整流流电电路路的的交交流流侧侧不不与电源联接，而直接接到无源负载。与电源联接，而直接接到无源负载。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单相全波变流装置（a）单相全波整流电路 （b）单相全波逆变电路 2、工作原理、工作原理w1）整流状态（）整流状态（090）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吸吸收收电电能能，作作电电动动运运行行，电电路路把把从从交交流流电电网网吸吸收收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，电电路路工工作作在在整整流流状状态态，电电机机M工工作作在在电电动动状态状态。w2）逆变状态（）逆变状态（90180）w逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。w由由于于晶晶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不不能能改改变变方方向向，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；为为避避免免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，如如上上图图b示示。要要使使Ud反反向向，应该大于应该大于90。w当当在在90180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，从从Ud的的正正端端流流入入，逆逆变变电电路路吸吸收收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交交流流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的路的有源逆变有源逆变状态。状态。（a）=60的整流状的整流状态 （b）=120的逆的逆变状状态单相双半波相双半波电路路=60的整流和的整流和=120的逆的逆变时的的仿真波形仿真波形w要使整流电路工作在逆变状态，必须满足要使整流电路工作在逆变状态，必须满足两个条件两个条件：w1）变流器的输出变流器的输出Ud能够改变极性（内部条件）。由于晶闸能够改变极性（内部条件）。由于晶闸管的单向导电性，电流管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为实现有源逆变，不能改变方向，为实现有源逆变，必须改变必须改变Ud的极性。即让变流器的控制角的极性。即让变流器的控制角90即可。即可。w2）须有外接的提供直流电能的电源须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改变极性，也要能改变极性，且有且有 （外部条件）。（外部条件）。w3、逆变角、逆变角w逆变状态时的控制角称为逆变角逆变状态时的控制角称为逆变角，规定以规定以=处作为计量处作为计量角的起点，大小由计量起点向左计算角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：。满足如下关系：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，这这种种情情况况称称为为逆逆变变失失败败，或称为或称为逆变颠覆逆变颠覆。w造成逆变失败的原因造成逆变失败的原因：（1 1）触触发发电电路路工工作作不不可可靠靠。不不能能适适时时、准准确确地地给给各各晶闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。晶闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。（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能能力力，或或器器件件不能导通。不能导通。（3）交交流流电电源源异异常常。在在逆逆变变工工作作时时，电电源源发发生生缺缺相相或突然消失而造成逆变失败。或突然消失而造成逆变失败。（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素的影响。的影响。w交流侧电抗对逆变换相过程的影响图图3-3 2、最小逆变角最小逆变角确定的方法确定的方法 最小逆变角最小逆变角的大小要考虑以下因素：的大小要考虑以下因素：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 根据根据=-，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）安安全全裕裕量量角角。考考虑虑到到脉脉冲冲调调整整时时不不对对称称、电电网网波波动动、畸畸变变与与温温度度等等影影响响，还还必必须须留留一一个个安安全全裕裕量量角角，一一般取般取为为10度左右。度左右。w综上所述，最小逆变角为：综上所述，最小逆变角为：w w为为了了可可靠靠防防止止进进入入min区区内内，在在要要求求较较高高的的场场合合，可可在在触触发发电电路路中中加加一一套套保保护护线线路路，使使在在减减小小时时不不能能进进入入min区区内内.（或或在在min处处设设置置产产生生附附加加安安全全脉脉冲冲的的装装置置，万万一一当当工工作作脉脉冲冲进进入入min区区内内时时，由由安安全全脉脉冲冲在在min处处触触发发晶闸管），防止逆变失败。晶闸管），防止逆变失败。LIULIU例例 如图所示单相桥式变流电路，U2220 V，E120 V，R2，当60时能否实现有源逆变？若能，电动机的制动电流为多大?解解 EUd，且两个电压同极性相接，方向与晶闸管导通方向一致；满足外部条件。6090。满足内部条件。即满足有源逆变实现的条件。电动机的制动电流为：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在在控控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控控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当当要要求求正正向向制制动动时时，流流过过电电动动机机M的的电电流流Id必必须须反反向向才才能能得得到到制制动动力力矩矩，由由于于晶晶闸闸管管的的单单向向导导电电性性，这这只只有有利利用用反反组组N的的逆逆变变。为为此此，只只要要降降低低 且且使使 ，则则N组组产产生生逆逆变变，流流过过电电流流Id2，电电机机电电流流Id反反向向，反反组组有有源逆变将电势能源逆变将电势能E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。反并联可逆电路四象限运行LIU 整流逆变逆变整流正转反转第一象限：正转，电动机运行，组工作在整流状态，90，EUd；第二象限：正转，发电机运行，组工作在逆变状态，90，EUd；第三象限：反转，电动机运行，组工作在整流状态，90，EUd；第四象限：反转，发电机运行，组工作在逆变状态，90，EUd。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 将电网提供的恒压恒频将电网提供的恒压恒频CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)交流电交流电变换为变换为变压变频变压变频VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)交流电供交流电供给负载给负载”的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。变频器：变频器：交交-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工频交流电工频交流电直接直接变换成不同频率交流电，不变换成不同频率交流电，不通过中间直流环节，又称直接变频器或周波通过中间直流环节，又称直接变频器或周波变换器（变换器（Cycleconverter）。）。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。2)、交、交-直直-交变频器交变频器 先把交流电转换为直流电，经中间滤波环节后，再把直流电逆变成变压变频的交流电，又称为间接变频器。主要构成环节如图a所示。w(1）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 输入输入：晶闸管可控整流，功率因数低；：晶闸管可控整流，功率因数低；输出输出：晶闸管三相六拍逆变器，输出谐波较大。：晶闸管三相六拍逆变器，输出谐波较大。w(2）用不可控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频）用不可控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频 输入：输入：不可控整流器，只整流不调压，斩波器脉宽调压，不可控整流器，只整流不调压，斩波器脉宽调压，输入功率因数高；输入功率因数高；输出：输出：逆变环节谐波较大。逆变环节谐波较大。w(3）用不可控整流器整流、脉宽调制逆变器调压调频）用不可控整流器整流、脉宽调制逆变器调压调频 输入：输入：不可控整流器，输入功率因数高；不可控整流器，输入功率因数高；输出：输出：用用PWM逆变，则输出谐波可以减少。输出波形逆变，则输出谐波可以减少。输出波形 非常逼近正弦波。非常逼近正弦波。1、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 P141 根根据据交交-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采采用用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。电压型电压型变频器：中间直流环节采用变频器：中间直流环节采用电容电容滤波元件。滤波元件。电流型电流型变频器：中间直流环节采用变频器：中间直流环节采用电感电感滤波元件。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（矩矩形形或或阶阶梯梯波波）-恒压源性质恒压源性质-电压型变频器；电压型变频器；w采用二极管整流，输出采用采用二极管整流，输出采用GTR的六拍逆变的六拍逆变。图图3-5w（2）交）交-直直-交电流型变频器交电流型变频器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。（3 3）交）交-直直-交电压型和电流型变频器比较交电压型和电流型变频器比较w1 1）无功能量的缓冲）无功能量的缓冲 w电压型电压型：电容电容储能；储能；电流型电流型：电感电感储能。储能。w2 2）调速时的动态响应）调速时的动态响应 w电流型电流型：直流电压可迅速改变，：直流电压可迅速改变，动态响应比较快动态响应比较快；w电压型电压型：直流电压不可改变，：直流电压不可改变，动态响应慢动态响应慢。w3 3）适用范围）适用范围 w电压型电压型：多电机同步运行多电机同步运行，不可快速加减速。，不可快速加减速。w电流型电流型：单电机传动单电机传动，可快速起制动和可逆运行。，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Id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 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3-82、单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路 图图3-93、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3-103.3.3 180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一一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交流电。调压靠前级的可控整流电路完成频率可调的交流电。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3-11 主电路主电路=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个晶闸管的导通顺序为：个晶闸管的导通顺序为：VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，则各，则各晶闸管的触发间隔为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）按顺序，晶闸管触发间隔为）按顺序，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区间里的导通情况如下表。区间里的导通情况如下表。（1）逆变器中晶闸管的导通情况（）逆变器中晶闸管的导通情况（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3-12（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3-13（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。3.3.43.3.4、120120度导电型的交度导电型的交-直直-交电流交电流型变频器型变频器 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进行的，不存在电源短路问题。中进行的，不存在电源短路问题。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一一定定的的规规则则通通断断，将将电感电感L送来的恒流送来的恒流Id逆变成频率可调的交流电。逆变成频率可调的交流电。图图3-15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个晶闸管的导通顺序为：个晶闸管的导通顺序为：VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各各晶闸管的触发间隔为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）按按照照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区间里的导通情况如下表。区间里的导通情况如下表。（1）晶闸管的导通情况（）晶闸管的导通情况（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3-16（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-IdIWN0-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3-17（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。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)变频器变频器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，把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频并消除谐波的技术。压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频并消除谐波的技术。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是从电源角度出发的是从电源角度出发的SPWM，磁通，磁通SPWM（电（电压空间矢量压空间矢量PWM）是从电机角度出发的）是从电机角度出发的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，控制线路结构简单；）主电路只有一个可控功率环节，开关元件少，控制线路结构简单；w2）整流侧使用了不可控整流器，电网功率因数与逆变器输出电压无关，）整流侧使用了不可控整流器，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；w4）通过对）通过对PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次谐波，实现控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次谐波，实现接近正弦形的输出交流电压波形。接近正弦形的输出交流电压波形。4.5.1 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3-19（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3-20（3）单极式）单极式SPWM波的形成波的形成 图图3-21图图3-22（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3-232、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，它被定义为载波频率载波频率fc与调制波频率与调制波频率fr之比，用之比，用N表示表示，即即w w N=w视载波比的变化与否，有同步调制与异步调制之分。视载波比的变化与否，有同步调制与异步调制之分。w（1）同步调制）同步调制w在改变在改变fr的同时成正比地改变的同时成正比地改变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，如如果果取取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。在在改改变变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频时时的的载载波比。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率的降低而增加，改善了系统的低频工作性能。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化化时时，它它不不可可能能总总是是3的的倍倍数数，必必将将使使输输出出电电压压波波形形及及其其相相位位都都发发生生变变化化，难难以以保保持持三相输出的对称性，因而引起电机工作不平稳。三相输出的对称性，因而引起电机工作不平稳。（3）分段同步调制）分段同步调制w分分段段同同步步调调制制是是将将同同步步调调制制和和异异步步调调制制结结合合起起来来。即即在在一一定定频频率率范范围围内内采采用用同同步步调调制制，以以保保持持输输出出波波形形对对称称的的优优点点；当当频频率率降降低低较较多多时时，可可使使载载波波比比N分分段段有有级级地地加加大大，以以采采纳纳异异步步调调制制的的长长处处，这就是分段同步调制方式。这就是分段同步调制方式。w具具体体地地说说，把把整整个个变变频频范范围围划划分分成成若若干干频频段段，每每个个频频段段内内都都维维持持载载波波比比N恒恒定定，而而对对不不同同的的频频段段取取不不同同的的N值值，频频率率低低时时，N值值取取大大些些，一一般般大大致按等比级数安排。致按等比级数安排。3、SPWM的实现方法的实现方法 （1）自然采样法）自然采样法w自自然然采采样样法法是是按按照照正正弦弦波波与与三三角角形形波波交交点点进进行行脉脉冲冲宽宽度度与与间间隙隙时时间间的的采采样样，从从而而生生成成SPWM波波形形。具具体体是是截截取取任任意意一一段段正正弦弦波波与与三三角角载载波波的的一一个个周周期期长长度度内内的的相相交交情情况况。A点点为为脉脉冲冲发发生生时时刻刻，B点点为为脉脉冲冲结结束束时时刻刻，在在三三角角波波的的一一个个周周期期Tt内内，t2为为SPWM波波的的高高电电平平时时间间，称称作作脉脉宽宽时时间间，t1与与t3则为低电平时间，称为间隙时间。显然则为低电平时间，称为间隙时间。显然Tt=t1+t2+t3。自然采样法 规则采样法 图图3-24图图3-25w（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控控制制波波值值（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、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均均匀匀的的，这这时时AE=EB，t1=t3，简化了脉冲时间与间隙时间的计算。为此有简化了脉冲时间与间隙时间的计算。为此有（3）指定谐波消除法）指定谐波消除法 图图3-264、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变频器通常用于交流电动机的变频调速，而交流变频器通常用于交流电动机的变频调速，而交流电动机的控制性能主要取决于转矩或者电流的控制（在磁电动机的控制性能主要取决于转矩或者电流的控制（在磁通恒定的条件下），为满足电机控制的良好动态响应，经通恒定的条件下），为满足电机控制的良好动态响应，经常采用电流正弦常采用电流正弦PWM技术。电流正弦技术。电流正弦PWM是电流闭环控是电流闭环控制，主要有制，主要有PI控制、滞环控制及无差拍预测控制等。控制、滞环控制及无差拍预测控制等。目前，实现电流正弦目前，实现电流正弦PWM控制的常用方法是电流滞环控制的常用方法是电流滞环SPWM，即把正弦电流参考波形和电流的实际波形通过滞，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，其结果决定逆变器桥臂上、下开关器环比较器进行比较，其结果决定逆变器桥臂上、下开关器件的导通和关断。这种方法的优点是控制简单、响应快、件的导通和关断。这种方法的优点是控制简单、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护。缺点瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护。缺点是电流谐波较大。是电流谐波较大。（1）滞环电流跟踪控制）滞环电流跟踪控制电流滞环控制是一种非线性控制方法，电流滞环控制型逆电流滞环控制是一种非线性控制方法，电流滞环控制型逆变器一相（变器一相（U相）电流控制原理框图如下图相）电流控制原理框图如下图a所示。所示。（2）三相电流滞环控制型）三相电流滞环控制型SPWM变频调速系统变频调速系统 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写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日