海盛娱乐-官网第四章DCAC变换器无源逆变电路第一张，课件共七十六张，编辑于2022年5月电压型方波逆变器以及电压型阶梯波逆变器当需要改变输出电压幅值时，一般常采用脉冲幅值调制（PAM）或单脉冲调制（SPM）。这类逆变器应用于大功率场合具有开关损耗低，运行可靠等优点，但也存在动态响应慢、谐波含量大（方波逆变器）、结构复杂（阶梯波逆变器）等一系列不足。例如，当利用电压型逆变器驱动交流电动机时，需进行变频变压（VVVF）控制，此时若采用PAM方式，则必须采用两套功率调节电路与控制即：而输出频率的调整则由逆变器及其控制。4.2.3第二张，课件共七十六张，编辑于2022年5月这不仅使电路结构和控制复杂化，而且因电压与频率的不同控制响应将导致系统响应变慢，这主要是由于直流侧的储能惯性会使可控整流电路的输出电压响应远慢于逆变器的输出频率响应。对于要求输出正弦波电压的电压型PWM逆变器，常称为电压型正弦波逆变器。这种电压型正弦波逆变器一般应具备以下特点即:利用单一的功率电路及其控制，可同时调整输出频率和输出电压，动态响应快；由于输出电压的谐波频率主要分布在开关频率及其以上频段，因而输出谐波含量低。4.2.3第三张，课件共七十六张，编辑于2022年5月从左图中容易看出：在频率恒定的一个正弦波周期中，斩控脉冲的占空比和斩控周期一定，而斩控脉冲的幅值则按正弦函数变化，当要改变斩控波形的基波幅值时，若被斩控正弦波的幅值不变，则只需要控制斩控占空比即可。显然，当斩控频率足够高时，其斩控波形的谐波含量会足够低。由于被斩控正弦波的频率恒定，因此，该方案适用于交流变压恒频控制，属于AC-AC变换中的交流斩波变换，其优点就是可以直接对频率一定的输入（如50HZ交流电）进行斩控，以调节交流斩波输出的基波幅值。4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第四张，课件共七十六张，编辑于2022年5月然而，针对实际广泛应用的交流变频器，其主要采用交流变压变频（VVVF）控制策略，即在改变交流输出幅值的同时，还需改变其交流输出频率。如何利用DC-AC变换来实现基于正弦波斩控的VVVF控制输出呢？在交流斩波变换的基础上，考虑将斩波变换的交流输入变成直流输入。进一步观察左图所示的正弦波斩控波形，当斩控频率足够高时，占空比和斩控周期固定而幅值按正弦函数变化的斩波脉冲的面积也近似按正弦函数变化。正弦波斩波波形4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第五张，课件共七十六张，编辑于2022年5月实际上，PWM的基本原理可以由冲量等效原理进行描述即：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其惯性环节的输出基本相正弦波斩波波形4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第六张，课件共七十六张，编辑于2022年5月具体的实例说明“面积等效原理”4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第七张，课件共七十六张，编辑于2022年5月a)矩形脉冲b)三角形脉冲对各输出波形用傅式变换分析后，各i(t)低频段非常接近，仅在高频段略有差异。可见，相同面积不同形状的脉冲加在同一惯性环节上，得到的输出响应基本相同。这便是面积等效原理，它是PWM控制的理论基础。4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第八张，课件共七十六张，编辑于2022年5月如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波宽度相同，幅值正弦变化幅值相同，宽度正弦变化SPWM波形按比例改变脉冲宽度，即可改变等效正弦波幅值4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第九张，课件共七十六张，编辑于2022年5月对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第十张，课件共七十六张，编辑于2022年5月等幅PWM波输入侧是直流电源4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第十一张，课件共七十六张，编辑于2022年5月不等幅PWM波输入电源是交流等幅和不等幅PWM波的本质都是基于面积相等进行控如果电源是电流源，则也可以得到PWM电流波4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第十二张，课件共七十六张，编辑于2022年5月PWM波可等效的各种波形直流斩波电路直流波形SPWM波正弦波形等效成其他所需波形，如:等效的PWM波0s5ms10ms15ms20ms25ms30ms-20V0V20V4.2.31.电压型正弦波逆变器的基本原理第十三张，课件共七十六张，编辑于2022年5月根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线.正弦脉冲宽度调制的基本问题第十四张，课件共七十六张，编辑于2022年5月与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点处控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波4.2.32.正弦脉冲宽度调制的基本问题第十五张，课件共七十六张，编辑于2022年5月1）基于载波的对称调制与非对称调制为载波比；令调制波幅值为Urm，载波幅值为cm为调制度。三角载波SPWM及其脉冲序列b)锯齿载波SPWM及其脉冲序列4.2.32.正弦脉冲宽度调制的基本问题第十六张，课件共七十六张，编辑于2022年5月1）基于载波的对称调制与非对称调制采用三角载波的SPWM脉冲序列由于三角载波的对称特性，因而属于对称载波调制；而采用锯齿载波的SPWM脉冲序列由于锯齿载波的非对称特性，因而属于非对称载波调制。相比之下，锯齿载波的SPWM实现较为简单，由于锯齿载波固有的非对称特性，因而输出波形中含有偶次谐波。而在相同的开关频率以及调制波条件下，三角载波的SPWM其输出波形的谐波含量相对较低。4.2.32.正弦脉冲宽度调制的基本问题第十七张，课件共七十六张，编辑于2022年5月根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制2）异步调制变化时，调制波信号与载波信号不能保持同步，即载波比N与调制波频率f由于异步调制时的开关频率固定，所以对于需要设置输出滤波器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而言，输出滤波器参数的优化设计较为容易。4.2.32.正弦脉冲宽度调制的基本问题第十八张，课件共七十六张，编辑于2022年5月2）异步调制一个调制波正、负半个周期中的脉冲数不固定，起始和终止脉冲的相位角也不固定。换言之，一个调制波正、负半个周期以及每半个周期中的前后1/4周期的脉冲波形不具有对称性。不同调制波频率fr(fr1fr2)时的异步调制SPWM波形fr＝fr1fr＝fr24.2.32.正弦脉冲宽度调制的基本问题第十九张，课件共七十六张，编辑于2022年5月 2）异步调制 较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的 不利影响都较小 增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大 ，即在一个调制信号周期内所包含的三角载波的个数较多，从而弥补脉冲不对称造成的 影响。 4.2.3 2.正弦脉冲宽度调制的基本问题 第二十张，课件共七十六张，编辑于2022年5月 3）同步调制 变化时，调制波信号与载波信号应保持同步，即f 成正比，因此，同步调制具有以下特点： 也相应变化，这就使逆变器的开关频率不固定。 的变化而变化，所以对于需要设置输出滤波器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而言，输出滤波 器参数的优化设计较为困难。 4.2.3 2.正弦脉冲宽度调制的基本问题 第二十一张，课件共七十六张，编辑于2022年5月 4.2.3 2.正弦脉冲宽度调制的基本问题 3）同步调制 当载波比N为奇数时，一个调制波正、负半个周期以及半个周期中的前后1/4周期的脉冲波形具有对称性。 第二十二张，课件共七十六张，编辑于2022年5月4.2.3 2.正弦脉冲宽度调制的基本问题 3）同步调制 从上图可以分析： 一方面，当载波比为奇数时，由于SPWM波形的 对称性，无论调制波频率f 高低，都不会导致基波相位的跳变； 另一方面，由于同步调制时的开关频率随调制波频 的变化而变化，因此对于需要设置输出滤波器的正弦波逆变器而言，输出滤波器参数的优 化设计较为困难。 同步调制时，SPWM的高频性能好，而低频性能较差第二十三张，课件共七十六张，编辑于2022年5月 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） 也很低，由调制带来的谐波不易滤除 会过高，使开关器件难以承受。 4.2.3 2.正弦脉冲宽度调制的基本问题 第二十四张，课件共七十六张，编辑于2022年5月 4）分段同步调制 对比同步与异步调制发现两者具有互补的性能特点，但是对于各自不足的改进，都是通过提高开关频率来实现，而提高开关频率会导 致开关损耗增加。 分段同步调制上是在结合异步调制优点（低频特性好）基础上，并克服了同步调制的不足（低频特性差）而产生的。 的变化范围划分为若干个频段区域，在每个频段区域中，采用同步调制（载波比N为奇数且恒定）。 4.2.3 2.正弦脉冲宽度调制的基本问题