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1、1,2,4.1 逆变器的类型和性能指标 4.2 电压型单相方波逆变电路工作原理 4.3 电压型单相逆变器电压和波形控制 4.4 三相逆变电路工作原理 4.5 电压型三相逆变器电压和波形的SPW控制,2,4. 直流-交流变换器（逆变器）,3,4.1 逆变器的类型和性能指标,4.1.1 逆变器的类型 4.1.2 逆变器输出波形性能指标 4.1.3 其他指标,4,4.1.1 逆变器的类型,依据直流电源的类型：,依据输出交流电压的性质：CVCF（恒频恒压）、VVVF（变频变压）、高频脉冲型,依据逆变器电路结构：单相半桥、单相全桥、推挽式、三相桥式逆变器,依据开关器件不同及换流关断方式： 自关断、强迫关
2、断、有源逆变、负载反电动势、负载谐振换流逆变器。,电压型逆变器VSI,电流型逆变器CSI,5,4.1.1 逆变器的类型(续1),电压型逆变电路: 特点： C存在。 C的作用：滤波和吸收无功功率 适合于感性负载,电流型逆变电路： 特点： L存在。 L的作用：滤波和吸收无功功率 适合于容性负载,电压型逆变器VSI,电流型逆变器CSI,6,4.1.1 逆变器的类型(续2),7,4.1.1 逆变器的类型(续3),8,4.1.1 逆变器的类型(续4),电压型三相桥式逆变电路,9,总THD系数表征了实际波形同其基波分量差异的程度。输出为理想方波时，THD为零。,4.1.2 逆变器输出波形性能指标,10,逆
3、变电路输出的n次谐波有效值Vn经LC滤波后在负载上的n次谐波电压VLn为:,4.1.2 逆变器输出波形性能指标（续1）,(3)畸变系数DF,n次谐波衰减了n2倍 第n次谐波的畸变系数：,总的畸变系数：,11,逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包括： 逆变效率 单位重量（或单位体积）输出功率 可靠性指标 逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率 电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC,4.1.3 其他指标,12,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路 4.2.2 电压型单相半桥逆变电路 4.2.3 变压器中心抽头推挽式(Push-Pull)单相逆变电路,4.2 电压型单相方波逆电路工作原理,1
4、3,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路,T1、T4一组和T2、T3 另一组交替通、断。,14,臂内换流：同一个导通臂内的元件之间换流，而且换流是在ia=0 时进行的称自然换流。 臂间换流：指电流由一个导通臂转移到另一个导通臂，换流是在ia0 时进行的，属于强迫换流。,当负载为感性时,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续1),15,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续2),逆变状态：T14 ,T23 导通时，直流电源向负载传输能量。 整流状态：D14 D23 导通时,负载向直流电源仅传能量.,因此，D14、D23为无功电流传输提供通路，C是用来吸收无功功率。,当负载为感性时能量传递方向：,1
5、6,瞬态基波功率分析（感性负载）,基波瞬态功率：,用积化和差公式：,基波电压:,基波电流:,基波电压幅值：,基波电压有效值：,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续3),17,上式说明：基波的瞬态功率含有交流分量和直流分量。,直流功率讨论：,基波的直流功率,基波的交流功率,基波的平均功率:,平均功率等于直流功率,(1)当 ,感性负载,有功功率最大,无功功率为零,(2)当 ,纯感性负载,无功功率最大,(3)当 ,既有无功功率又有有功功率,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续4),无功功率,18,特性分析-1,由于入端电压为恒定，桥中各臂元件轮番导通时，输出端电 压交替地被钳到入端电压Ud，故为
6、交变方波。其频率取决 于门极信号的重复频率，因而实现逆变目的。 将UAB用傅里叶级数展开： 式中：UAB1m为基波电压幅值： 基波电压有效值：,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续5),19,由于负载为感性，阻抗角 负载基波电流iO1将滞后于基波电压角度。 当T1，4和T2，3导通时，负载由电源获得电能。 当D1，4和D2，3导通时，负载中电能反馈到C中，保证负载 电流连续。反并二极管和电容C为此无功电流提供了通路。,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续6),特性分析-2,20,4.2.2 电压型单相半桥逆变电路,电容分压，半桥电路 T1、T2交替通、断 二级管D的作用，感性负载续流 R、
7、L负载时，T、D交替导电,21,当Ug1=1,T1 导通或D1导通，S与P相接,当控制信号以频率 f 变换， 在 与 之间变化，使输出 为交流方波电压。,4.2.2 电压型单相半桥逆变电路（续1）,工作原理:,当Ug2=1,T2 导通或D2导通，S与Q相接,22,t,0,D,V,2,1,an,v,(b)电压波形,2,T,驱动,驱动,2,0,T,0,T,2,3,0,T,1,T,4.2.2 电压型单相半桥逆变电路（续2）,23,4.2.3 变压器中心抽头推挽式单相逆变电路,开关T1、T2轮流导电180度 开关管承受的断态电压为 2VD 适用于低压小功率、而且直流电源和负载须隔离 输出电压为180度
8、宽的交流方波 当T1导通时，输出电压vab=VD，当T2导通时，输出电压Vab=-VD，,24,4.3.0 概述 4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器 4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理 4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器 4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器,4.3 电压型单相逆变器输出电压和波形控制,25,控制方案1:,控制方案2:,控制方案3:,控制输出电压基波V1的大小仅有输入电压VD唯一确定。 控制输出电压波形，要求谐波成分小且最低阶次谐波阶次高，谐波频率高。,4.3.0 概述,可控整流方案,直流/直流变换器调压方案,逆变器自身控制方案,26,4.3
9、.0 概述（续1）,27,逆变器自身控制方案,通过开关器件的脉冲宽度调制（PWM），调整输出基波电压的大小、增大输出电压中的最低次谐波的阶次并减小其谐波数值，达到调控其输出基波电压同时又改善输出电压波形的目的。,4.3.0 概述（续2）,28,正半周中，T1、T4导通角 负半周中，T2、T3导通角 开关频率决定输出频率 脉宽决定输出电压大小,4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器,29,4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器（续1）,30,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理,理论基础 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同 冲量指窄脉冲的面积 效果基本相同，是
10、指环节的输出响应波形基本相同 低频段非常接近，仅在高频段略有差异,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,31,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,实例 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图a、b、c、d所示 电路输出：i(t)， 面积等效原理,冲量相同的各种窄脉冲的响应波形基本相同,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续1）,32,用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等 宽度按正弦规律变化,用PWM波代替正弦半波,SPWM波形脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波
11、形 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,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续2）,33,PWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效，除每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲还必须很窄，这就要求脉波数量P很多。脉波数越多，不连续的按正弦规律改变宽度的多脉波电压就越等效于正弦电压。,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续3）,34,4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器,一、单极正弦波PWM调制方式,ug2=0 T2断,即ug1和ug2互为反相，并受ur极性控制。其频率为调制信号的频率。,35,ug3,ug4互为反向，受ur和uc的幅值控制,
12、4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续1）,36,4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续2）,37,二、双极性正弦波PWM调制方式,uruc,T1、T4导通uo=Ud ur,uc,T2、T3uo=-Ud,T1、T4和T2、T3两组相互导通,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制 BSPWM逆变器,38,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制 BSPWM逆变器（续1）,39,相同的开关频率时 单极性SPWM：开关动作次数相对少些，谐波情况好些，多用于单相逆变。 双极性SPWM：谐波情况差些，用于三相逆变。,载波比：载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr,调制比：正弦
13、波幅值与三角波幅值比值称为调制比:M=Vrm/Vcm,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制 BSPWM逆变器（续2）,40,4.4.1 电压型三相逆变工作原理 4.4.2 电流型三相逆变工作原理,4.4三相逆变电路工作原理,41,基本假设： 负载星形连接，平衡对称， 纯阻性、负载中点o点位作 为参考点，即uo=0 控制脉冲的宽度= 直流电容Cd值足够大； 输入为DC直流源 电路已达到稳态,4.4.1 电压型三相逆变工作原理,控制电压信号的形成 载波电压：用一个对称的三角波，幅值为Uom，频率为fc； 控制信号：采用三相正弦波。,42,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续1),43,电路：,4.
14、4.1 电压型三相逆变工作原理(续2),A相控制信号的形成（Ug1,Ug4）,44,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续3),45,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续4),46,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续5),47,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续6),48,4.4.2 电流型三相逆变工作原理,49,4.4.2 电流型三相逆变工作原理（续1）,50,4.5 电压型三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制,51,4.5 电压型三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制（续1）,52,4.5 电压型三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制（续2）,固定fc、Vcm，f1=fr,53,（1）驱动信号可由硬件电路实现，亦可由软件Micro-Processor 或DSP实现。 （2）提高电压利用率，可改变vr或采用空间矢量控制。,4.5 电压型三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制（续2）,54,课件播放完毕,