第四章 直流/交流逆变器
复习上节内容
一、PWM逆变电路及其控制方法 1. 计算法 2. 调制法 把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的 信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的 PWM波形。
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1）单极性PWM控制方式
在ur和uc的交点时刻控制 IGBT的通断
单极性PWM控制方式波形
…；
n=2,4,6,…时，k=1,3,5, …
k1 n0
0 +-2 -+4 0 +-1 +-3 +-5 0 +-2 +-4
1
2
3
角频率 (n +k )
PWM波中不含低次谐波，只含c及其附近的谐波以及2c、 3c等及其附近的谐波。
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2）三相的分析结果
公用载波信号时的情况 1.2
图示，不同a时三相桥式 1.0 PWM逆变电路输出电
22
规则采样法
u t
t
5
4-30
2. 规则采样法
工程实用方法，效果接近自 然采样法，计算量小得多。
u u AD
u
B
方法说明：
O
t
取三角波两个正峰值之间为
一个采样周期Tc 。使每 个脉冲的中点都以相应的
三角波中点（即负峰点）
为对称。
O
22
t
规则采样法
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在三角波的负峰时刻tD对
正弦信号波采样而得到D点，过
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2
2） 双极性PWM控制方式
of
o
d
在ur的半个周期内，三角波 载波有正有负，所得PWM 波也有正有负，其幅值只有
±Ud 两种电平。
双极性PWM控制方式波形
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3. 双极性PWM控制方式（三相桥逆变）
三相桥式PWM型逆变电路
4. 特定谐波消去法
二、异步调制和同步调制
同一三角波周期内三相的脉宽分别为δU、δV和
δW，脉冲两边的间隙宽度分别为 δ ´U、 δ ´ V和 δ
´W，同一时刻三相调制波电压之和为零，由式可
得：
U
V
W
3Tc 2
U
V
W
3Tc 4
利用以上两式可简化三相SPWM波的计算
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5. PWM逆变电路的谐波分析
u
O
u
o
o
U
dO
单极性PWM控制方式波形
双极性PWM控制方式波
形
使用载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关
的谐波分量。
谐波频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要 指标之一。
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分析以双极性SPWM波形为准。 同步调制可看成 异步调制的特殊情况，只分析异步调制方式。
分析方法：
以载波周期为基础，再利用贝塞尔函数推导出 PWM波的傅里叶级数表达式。
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三、规则采样法 1. 自然采样法： 在正弦波和三角波的自然交点 u 时刻控制功率开关器件的通断， 这种生成SPWM波形的方法 O 称为自然采样法。
按照SPWM控制的基本原 理 产生的PWM波的方法，其 求解复杂，难以在实时控制中 O 在线计算，工程应用不多。
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u AD B
常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。
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4.5.1 滞环比较方式
在滞环比较方式中，电流跟踪 控制应用最多。
◆PWM电流跟踪控制单相半 桥式逆变电路为例讨论
☞把指令电流i*和实际输出电 流i的偏差i*-i作为带有滞环特
滞环比较方式电流跟踪控制举例
i
i i*
i*+D I
性的比较器的输入，通过其输
尽管分析过程复杂，但结论简单而直观。
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1）单相的分析结果
图中，不同a时单相桥 1.4 式PWM逆变电路输出 1.2
a=1.0 a=0.8 a=0.5 a=0
电压频谱图。
1.0
谐波角频率为:
0.8
0.6
谐波振幅
0.4
式中n，nc=1,3,k5,…r时(6，-k1=00,2),4,
0.2
指令电流i*。
图7-24 滞环比较方式电流跟踪控制举例
i
i i*
i* +D I
O
t
i* -D I
图7-25 滞环比较方式的指令电流和输出电流
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☞环宽过宽时，开关频 率低，跟踪误差大； 环宽过窄时，跟踪误 差小，但开关频率过 高，开关损大学物理学院
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谐波分析小结
三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个 较显著的区别是载波角频率c整数倍的谐波没有了， 谐波中幅值较高的是c±2r和2c±r。 SPWM 波 中 谐 波 主 要 是 角 频 率 为 c 、 2c 及 其 附 近 的谐波，很容易滤除。
D点作一水平直线和三角波分别 u
AD
交于A点和B点，在A点时刻tA和 B点时刻tB控制功率开关器件的 O
B t
通断。
22
可以看出，用这种规则
采样法得到的脉冲宽度 和用自
然采样法得到的脉冲宽度非常 O
t
接近。
规则采样法
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4-7
3. 规则采样法计算公式推导
正弦调制信号波
u
a称为调制度，0≤a<1u；r a sin rt
当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成： 一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另 一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。后 者的谐波分布情况和SPWM波的谐波分析一致。
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4.5 PWM跟踪控制技术
PWM波形生成的第三种方法——跟踪控制方法。
把希望输出的波形作为指令信号，把实际波 形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定 逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪 指令信号变化。
出来控制功率器件V1和V2的通 O 断。
t i*-D I
滞环比较方式的指令电流和输出电流
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☞控制规律 √当V1（或VD1）导通 时，i 增大。 √当V2（或VD2）导通 时，i 减小。 √通过环宽为2∆I 的滞 环比较器的控制，i就 在i*+∆I和i*-∆I的范围 内，呈锯齿状地跟踪
a=1.0 a=0.8 a=0.5 a=0
压频谱图。
0.8
谐波振幅
公用载波信号时的情 况。 0.6
输出线电压中的谐波 0.4
角频率为
0.2
k1 n0
式m=中1,，2n,…n=；1c,3,5,k…时r ，k=3(2m－1)±1，
0 +-2 +-4 0 +-1 +-3 +-5 0 +-2 +-4
1
2
3
角频率(n c+ kr)
AD B
r为信号波角频率
O
ttt
t
从图可得： 1asinrtD 2
/2
Tc /2
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T2c (1asinrtD)
u
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度 O
t
1 2(T c)T 4 c(1asi n rtD )
规则采样法
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4. 三相桥逆变电路
三角波载波公用，三相正弦调制波 相位依次差120°