電力電子技術(shù)cha幻燈片

1、1,電 力 電 子 技 術(shù),Power Electronics,2,第4章 DCAC變換器,1,2,3,4,基本內(nèi)容,3,近年來，一種新的脈寬調(diào)制技術(shù)，即空間矢量脈寬調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱SVPWM）技術(shù)在交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，相應(yīng)的數(shù)字計(jì)算方法形成的空間矢量脈寬調(diào)制與傳統(tǒng)的三角波、正弦波比較獲得脈寬調(diào)制信號(hào)的方法(SPWM)相比具有更多的優(yōu)點(diǎn)。 SVPWM是一種基于空間旋轉(zhuǎn)矢量的等效， SPWM是基于時(shí)域信號(hào)的等效。 SVPWM的調(diào)制過程是在矢量空間中完成的，而SPWM的調(diào)制過程是在三相abc坐標(biāo)系下獨(dú)立完成的，SVPWM

2、更具有一致性和整體性。 空間矢量PWM調(diào)制（SVPWM）具有能夠減少諧波，改善波形質(zhì)量，提高直流電壓利用率等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn),4.3 空間矢量PWM控制,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,4,4.3 空間矢量PWM控制,SVPWM的思想

3、是：在矢量空間用有限的靜止矢量去合成和跟蹤調(diào)制波的空間旋轉(zhuǎn)矢量，使合成的空間矢量含有調(diào)制波的信息。 進(jìn)行由時(shí)間坐標(biāo)軸到空間坐標(biāo)的變化，所形成的合成矢量是一個(gè)圓。 三相三橋臂變換器中總共有8種開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換到空間坐標(biāo)上對(duì)應(yīng)為8個(gè)開關(guān)矢量，其中有6個(gè)非零矢量及2個(gè)零矢量，合成矢量是位于這個(gè)六邊形中的圓。 原理：PWM變換器的8個(gè)靜止矢量按一定的規(guī)律切換可以在矢量空間用合成旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量來逼近電壓矢量圓，從而形成SVPWM波形,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型

4、階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,圖4-47 二維空間矢量圖,5,4.3 空間矢量PWM控制,三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-48所示，所謂三相VSR一般數(shù)學(xué)模型就是根據(jù)三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在三相靜止坐標(biāo)系（a，b，c）中利用電路基本定律（基爾霍夫電壓、電流定律）對(duì)VSR所建立的一般數(shù)學(xué)描述。 針對(duì)三相VSR一般數(shù)學(xué)模型的建立，通常作以下假設(shè)： (1)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)為三相平穩(wěn)的純正弦波電動(dòng)勢(shì)； (2)網(wǎng)側(cè)濾波電感L是線性

5、的，且不考慮飽和,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,圖4-48 三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,6,4.3 空間矢量PWM控制,針對(duì)三相VSR一般數(shù)學(xué)模型的建立，通常作以下假設(shè)： (3) 功率開關(guān)損耗以電阻Rs表示，即實(shí)際的功率開關(guān)可由理想開關(guān)與損耗電阻

6、Rs串聯(lián)等效表示； (4) 為描述VSR能量的雙向傳輸，三相VSR其直流側(cè)負(fù)載由電阻和直流電動(dòng)勢(shì)串聯(lián)表示。 如圖4-48所示，當(dāng)直流電動(dòng)勢(shì)為0時(shí)，直流側(cè)為純電阻負(fù)載，此時(shí)三相VSR只能運(yùn)行于整流模式；當(dāng)eLudc時(shí)，三相VSR既可運(yùn)行于整流模式又可運(yùn)行于有源逆變模式；當(dāng)eLudc時(shí)，三相VSR也只能運(yùn)行于整流模式,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.

7、3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,圖4-48 三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,7,4.3 空間矢量PWM控制,為分析方便，首先定義單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)sk，為,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型

8、階梯波逆變器,4-45,將三相VSR功率管損耗等值電阻Rs同交流濾波電感等值電阻合并，且令，采用基爾霍夫電壓定律建立三相VSR a相回路方程,4-46,當(dāng)sa導(dǎo)通而sa關(guān)斷時(shí)， sa =1，且uaN=udc；當(dāng)sa關(guān)斷而sa導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)函數(shù)sa =1 ，且uaN=0。由于uaN=udc sa ，式(4-2)改寫成,4-47,8,4.3 空間矢量PWM控制,同理，可得b相、c相方程如下,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器

9、 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,考慮三相對(duì)稱系統(tǒng)，則,4-48,4-49,4-50,聯(lián)立式（4-47）（4-50），得,4-51,9,4.3 空間矢量PWM控制,在圖4-48中，任何瞬間總有三個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，其開關(guān)模式共有種，因此，直流側(cè)電流可描述為,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦

10、波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,對(duì)直流側(cè)電容正極節(jié)點(diǎn)處應(yīng)用基爾霍夫電流定律得,4-52,4-53,聯(lián)立式(4-47) 式(4-53)，并考慮引入狀態(tài)變量X，且 ，則采用單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)描述的三相VSR一般數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)變量表達(dá)式為,4-54,10,4.3 空間矢量PWM控制,式中,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.

11、2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,4-54,4-55,4-56,4-57,4-58,11,4.3.1 三相VSR空間電壓矢量分布,三相VSR空間電壓矢量描述了三相VSR交流側(cè)相電壓 在復(fù)平面上的空間分布，由式(4-47) 式(4-49)，易得,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.

12、2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,4-59,4-60,4-61,式中 三相單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)。 將 種開關(guān)函數(shù)組合代入式（4-59） 式（4-61），即得到相應(yīng)的三相VSR交流側(cè)電壓值，如表4-3所示,12,4.3.1 三相VSR空間電壓矢量分布,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變

13、器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,13,4.3.1 三相VSR空間電壓矢量分布,其中 , 由于模為零而稱為零矢量 。 顯然，某一開關(guān)組合就對(duì)應(yīng)一條空間矢量，該開關(guān)組合時(shí)的 即為該空間矢量在三軸（a，b，c）上的投影。 上述分析表明，復(fù)平面上三相VSR空間電壓矢量uk可定義,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VS

14、I） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,圖4-49 三相VSR空間電壓矢量分布,14,4.3.1 三相VSR空間電壓矢量分布,上式可表達(dá)成開關(guān)函數(shù)形式，即,4-63,對(duì)于任意給定的三相基波電壓瞬時(shí)值 ，若考慮三相為平衡系統(tǒng)，即 ，則可在復(fù)平面內(nèi)定義電壓的空間矢量,4-64,4-64）：如果 是角頻率為 的三相對(duì)稱正弦波電壓，那么矢量U即模為相電壓峰值，且以按逆時(shí)針方向

15、勻速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，而在三相坐標(biāo)軸(a，b，c)上的投影就是對(duì)稱的三相正弦量,4-65,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,15,4.3.2 空間電壓矢量的合成,上述分析表明：三相VSR空間電壓矢量共有8條，除2條零矢量外，其余6條非零矢量對(duì)稱均

16、勻分布在復(fù)平面上。對(duì)于任一給定的空間電壓矢量U*，均可由8條三相VSR空間電壓矢量合成，如圖4-50所示。 對(duì)于任一扇形區(qū)域中的電壓矢量，均可由該扇形區(qū)兩邊的VSR空間電壓矢量來合成,圖4-50 空間電壓矢量分區(qū)及合成,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯

17、波逆變器,16,4.3.2 空間電壓矢量的合成,若U*在I區(qū)時(shí)，則U*可由U1、 U2和U0、7合成，依據(jù)平行四邊形法則 式中T1、T2 矢量U1、U2在一個(gè)開關(guān)周期中的持續(xù)時(shí)間； Ts PWM開關(guān)周期。 令零矢量U0、7的持續(xù)時(shí)間為T0、7 ，則,圖4-50 空間電壓矢量分區(qū)及合成,4-66,4-67,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間

18、電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,17,4.3.2 空間電壓矢量的合成,令U*與U1間的夾角為，由正弦定律算得,4-68,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,又因?yàn)?，則聯(lián)立式（4-6

19、7），式（4-68），易得,4-69,mSVPWM調(diào)制系數(shù)，并且,4-70,18,4.3.2 空間電壓矢量的合成,對(duì)于零矢量的選擇，主要考慮選擇U0或U7應(yīng)使開關(guān)狀態(tài)變化盡可能少，以降低開關(guān)損耗。在一個(gè)開關(guān)周期中，令零矢量插入時(shí)間為 T0、7，若其中插入U(xiǎn)0的時(shí)間為 ，則U7的時(shí)間為 ，其中 。 實(shí)際上，對(duì)于三相VSR某一給定的電壓空間矢量U*，常有幾種合成方法，以下討論均考慮U*在VSR空間矢量I區(qū)域的合成,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4

20、.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,19,4.3.2 空間電壓矢量的合成,方法一： 將零矢量U0均勻地分布在U*矢量的起、終點(diǎn)上，然后依次由U1、 U2按三角形方法合成。 一個(gè)開關(guān)周期中，VSR上橋臂功率管共開關(guān)4次，由于開關(guān)函數(shù)波形不對(duì)稱，因此PWM諧波分量主要集中在開關(guān)頻率fs及2 fs上，顯然在頻率fs處的諧波幅值較大,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電

21、壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,20,4.3.2 空間電壓矢量的合成,方法二： 矢量合成仍然將零矢量U0均勻地分布在U*矢量的起、終點(diǎn)上,與方法一不同的是，除零矢量外， U*依次由U1 ，U2， U1合成，并從矢量中點(diǎn)截出兩個(gè)三角形。 一個(gè)開關(guān)周期中VSR上橋臂功率管共開關(guān)4次，且波形對(duì)稱，因而其PWM諧波分量仍主要分布在開關(guān)頻率的整數(shù)倍頻率附

22、近，諧波幅值顯然比方法一有所降低,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,21,4.3.2 空間電壓矢量的合成,方法三： 將零矢量U0周期分成三段，其中U*矢量的起、終點(diǎn)上均勻地分布U0矢量，而在U*矢量中點(diǎn)處分布U7矢量，且T7= T0 。除零矢量

23、外， U*矢量合成與方法二類似。 在一個(gè)PWM開關(guān)周期，該方法使VSR橋臂功率管開關(guān)6次且波形對(duì)稱，其PWM諧波仍主要分布在開關(guān)頻率的整數(shù)倍頻率附近。 在頻率附近處的諧波幅值降低十分明顯,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,22,4.4 電流型逆

24、變器,電流型逆變器拓?fù)涫悄孀兤髁硪活愔饕耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)。這類逆變器的直流側(cè)以電感為能量緩沖元件，從而使其直流側(cè)呈現(xiàn)出電流源特性。 電流型逆變器有以下主要特點(diǎn)： 直流側(cè)有足夠大的儲(chǔ)能電感元件，從而使其直流側(cè)呈現(xiàn)出電流源特性，即穩(wěn)態(tài)時(shí)的直流側(cè)電流恒定不變。 逆變器輸出的電流波形為方波或方波脈沖，并且該電流波形與負(fù)載無關(guān)。 逆變器輸出的電壓波形則取決于負(fù)載，且輸出電壓的相位隨負(fù)載功率因數(shù)的變化而變化。 逆變器輸出電流的控制仍可以通過PAM （脈沖幅值調(diào)制）和PWM（脈沖寬度調(diào)制）兩種基本控制方式來實(shí)現(xiàn),4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2

25、電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,23,4.4 電流型逆變器,值得注意的是，電流型逆變器與電壓型逆變器在結(jié)構(gòu)上具有一定的對(duì)偶性，例如： 電壓型逆變器直流側(cè)的儲(chǔ)能元件為電容， 而電流型逆變器直流側(cè)的儲(chǔ)能元件為電感； 另外，電壓型逆變器的的功率管旁有反向并聯(lián)的續(xù)流二極管，而電流型逆變器的功率管旁則一般有正向串聯(lián)的阻斷二極管（具有反向阻斷能力的功率管

26、除外，例如晶閘管）。 與電壓型逆變器類似，依據(jù)控制方式和結(jié)構(gòu)的不同，電流型逆變器也可分為方波型、階梯波型、正弦波型（PWM型）三類。下面主要討論方波型、階梯波型電流型逆變器,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,24,4.4.1 電流型方波逆變器,

27、電流型方波逆變器按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同可分為電流型單相全橋逆變器以及電流型三相橋式逆變器兩類。 也可以按電流型逆變器所采用功率器件的不同分為半控型和全控型兩類。 由于電流型逆變器尤其是大功率電流型方波逆變器仍有不少采用基于晶閘管的半控型結(jié)構(gòu)，因此，除全控型結(jié)構(gòu)外，以下討論還將涉及到半控型電流型逆變器,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的

28、合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,25,4.4.1.1 單相全橋電流型方波逆變器,全控型單相全橋電流型方波逆變器 為了使全控型功率器件具有足夠的反向阻斷能力，通常在每個(gè)功率管上正相串聯(lián)一個(gè)二極管。 另外，由于電流型逆變器的輸出電流是基于功率器件通斷直流側(cè)電流的方波電流，因此，為了防止輸出過電壓，電流型逆變器的輸出需要接入濾波電容。 單相全橋電流型方波逆變器也可采用PAM（脈沖幅值調(diào)制）控制和SPM（單脈沖控制）兩種控制方式,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VS

29、I） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,單相全橋電流型逆變器的主電路,26,4.4.1.1 單相全橋電流型方波逆變器,當(dāng)采用PAM時(shí)，輸出方波電流的頻率的控制，輸出方波電流的幅值的控制，和直流電流的幅值的控制。輸出電流波形如圖4-54b所示。 當(dāng)采用SPM時(shí)，其直流側(cè)電流的幅值恒定，輸出方波電流的頻率的控制，輸出方波電流的幅值的控制。輸出電流波形如圖4-54c所示。

30、值得注意的是，單脈沖控制包括對(duì)稱單脈沖控制和移相單脈沖控制兩種基本方式,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,b)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào),c)輸出電流波形,27,4.4.1.1 單相全橋電流型方波逆變器,半控型單相全橋電流型方波逆變器結(jié)構(gòu) 功率器件為晶閘管

31、基于晶閘管的半控型逆變器的換流可采用強(qiáng)迫換流和負(fù)載換流兩種換流方式。 當(dāng)晶閘管逆變器采用強(qiáng)迫換流時(shí)，一般需增加強(qiáng)迫換流電路，從而使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。 晶閘管逆變器采用負(fù)載換流時(shí)，晶閘管的換流電壓需要由負(fù)載提供，即要求負(fù)載電流相位超前負(fù)載電壓相位，顯然，這就要求負(fù)載為容性負(fù)載,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變

32、器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,28,4.4.1.1 單相全橋電流型方波逆變器,采用負(fù)載換流的晶閘管單相全橋電流型方波逆變器的電路結(jié)構(gòu)如圖4-55a所示。 圖4-55a所示電路實(shí)際上是中頻感應(yīng)加熱的電流型逆變器電路，其中LC串聯(lián)支路為電磁感應(yīng)線圈及容性補(bǔ)償電容的等效電路。 為了使輸出電壓波形近似為正弦波，將逆變器輸出電路設(shè)計(jì)成并聯(lián)諧振電路,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢

33、量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,29,4.4.1.1 單相全橋電流型方波逆變器,另一方面，為了實(shí)現(xiàn)晶閘管逆變器的負(fù)載換流，這就要求負(fù)載為容性負(fù)載，因此其輸出電路中的補(bǔ)償電容設(shè)計(jì)應(yīng)使負(fù)載電路工作在容性小失諧狀態(tài)。采用負(fù)載換流的晶閘管單相全橋電流型方波逆變器的換流波形如圖4-55b所示,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4

34、.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,30,4.4.1.1 單相全橋電流型方波逆變器,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型

35、方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,31,4.4.1.2 三相全橋電流型方波逆變器,全控型三相全橋電流型方波逆變器 與單相全橋電流型方波逆變器類似，三相全橋電流型方波逆變器可采用PAM控制和SPM兩種控制方式。 三相全橋電流型方波逆變器一般只采用120導(dǎo)電方式。 采用120導(dǎo)電方式時(shí)，任何瞬間，三相全橋電流型變流器有且只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)電，此時(shí)三相全橋電流型變流器的三相輸出只有兩相輸出電流，而兩的輸出電流幅值必然一致,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波

36、逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,電路中的每個(gè)功率管上正相串聯(lián)一個(gè)反向阻斷二極管；另外，逆變器的輸出接有過電壓抑制電容,32,4.4.1.2 三相全橋電流型方波逆變器,全控型三相全橋電流型方波逆變器 三相全橋電流型變流器120導(dǎo)電方式時(shí)的相關(guān)波形如圖4-56c所示。 需要注意的是：當(dāng)負(fù)載為Y形聯(lián)接時(shí)，負(fù)載的相電流波形為120交流方波（電流幅值為Id、0）；當(dāng)負(fù)載為形聯(lián)接時(shí)（如圖4-56b所示），負(fù)載的相電流為變流器兩

37、相輸出電流之差，即負(fù)載的相電流波形為交流6階梯波波形（電流幅值為(2/3)Id、(1/3)Id）?？梢?，將三相全橋電流型變流器的負(fù)載接成形聯(lián)接時(shí)，能有效降低輸出電流諧波,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,33,4.4.1.2 三相全橋電流型方波

38、逆變器,半控型三相全橋電流型變流器 電路采用了強(qiáng)迫換流方式，其中C1 C6為換流電容，VD1 VD6為串聯(lián)二極管。 由于晶閘管本身具有反向阻斷能力，因此，圖4-57所示電路中的串聯(lián)二極管VD1 VD6其主要作用是為了阻斷換流電容間的相互放電。 圖4-57所示電路通常稱為串聯(lián)二極管式晶閘管逆變器。 基于晶閘管的半控型三相全橋電流型方波逆變器仍采用120導(dǎo)電方式，其輸出波形可參見圖4-56c,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆

39、變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,圖4-57晶閘管三相全橋（串聯(lián)二極管式）電流型方波逆變器的電路結(jié)構(gòu),34,4.4.1.2 三相全橋電流型方波逆變器,半控型三相全橋電流型變流器 假設(shè)換流前的逆變器電路已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，并且換流電容已完成充電，為簡(jiǎn)化起見，只討論逆變器U相上橋臂到V相上橋臂的換流過程。 圖中的換流電容C13為C3和C5串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的等效電容。具體換流過程分析如下： 0t1時(shí)段初始恒流供電階段：上橋臂VT1、VD1和下橋臂VD2、VT2

40、導(dǎo)通，直流電流Id通過VT1、VD1和VD2、VT2向U相和W相負(fù)載恒流供電，如圖4-58a所示。此時(shí)，VT3承受正向電壓,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,35,4.4.1.2 三相全橋電流型方波逆變器,半控型三相全橋電流型變流器 t1t2時(shí)

41、段換流電容恒流放電階段：在t1時(shí)刻觸發(fā)VT3，由于此時(shí)的VT3承受正向電壓，因此VT3導(dǎo)通，此時(shí)，換流電容C13通過VT3使VT1承受反壓而關(guān)斷。此時(shí)，直流電流Id通從VT1換流到VT3，并通過VT3、VD1和VD2、VT2使C13向U相和W相負(fù)載而恒流放電，如圖4-58b所示。在換流電容電壓uC13下降到零以前，VT1一直承受反向電壓，只要反壓時(shí)間大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間，就能確保VT1可靠關(guān)斷,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正

42、弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,36,4.4.1.2 三相全橋電流型方波逆變器,半控型三相全橋電流型變流器 t2t3時(shí)段二極管換流階段：假設(shè)逆變器負(fù)載為阻感性負(fù)載，若t2時(shí)刻換流電容電壓uC13下降到零，此時(shí)在U相負(fù)載電感的作用下，開始對(duì)C13反向充電。之后uC13使VD3正偏而導(dǎo)通并流過電流iV，此時(shí)VD1和VD3同時(shí)導(dǎo)通并進(jìn)入二極管換流過程，如圖4-58c所示。二極管換流過程中，VD1的電流iUIdiV。顯然，隨著iV的逐漸增大，iU將

43、隨之減小，若設(shè)t3時(shí)刻iU0，則iVId，從而使VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流過程結(jié)束,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,37,4.4.1.2 三相全橋電流型方波逆變器,半控型三相全橋電流型變流器 t3時(shí)段換流后恒流供電階段：t3時(shí)刻以后，換

44、流電容C13反向充電過程結(jié)束并為提供下一次換流電壓作好了準(zhǔn)備。此時(shí)VT3、VD3穩(wěn)定導(dǎo)通，換流過程結(jié)束。直流電流Id通過VT3、VD3和VD2、VT2向V相和W相負(fù)載恒流供電，如圖4-58d所示,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,38,4.4.

45、2 電流型階梯波逆變器,電流型階梯波逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括 直接并聯(lián)多重疊加結(jié)構(gòu) 變壓器移相多重疊加結(jié)構(gòu)等,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,39,4.4.2.1 直接并聯(lián)多重疊加的電流型階梯波逆變器,多個(gè)電流型逆變器輸出可直接并聯(lián)。 圖4-

46、59為兩個(gè)三相電流型逆變器采用輸出直接并聯(lián)的多重疊加結(jié)構(gòu)以及輸出電流的疊加波形,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,40,4.4.2.1 直接并聯(lián)多重疊加的電流型階梯波逆變器,電路采用了120導(dǎo)電方式的PAM移相疊加控制。 功率管每60換向一次，

47、可將PAM方波相位互相錯(cuò)開60/2=30角。這樣，通過30角的移相疊加即得8階梯波電流。 對(duì)圖4-59b所示的電流波形進(jìn)行諧波分析可知： 每相輸出的120方波諧波電流表達(dá)式為,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,41,4.4.2.1 直接并聯(lián)多重

48、疊加的電流型階梯波逆變器,每相輸出的120方波諧波電流表達(dá)式為,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,4-71,疊加輸出的8階梯波諧波電流表達(dá)式為,4-72,對(duì)比式（4-71）以及式（4-72）后不難發(fā)現(xiàn)，兩重疊加后的輸出電流波形中不存在零序諧波（

49、如3次、9次等），并且5次、7次諧波得到了顯著衰減,42,4.4.2.1 直接并聯(lián)多重疊加的電流型階梯波逆變器,圖4-60為三個(gè)三相電流型逆變器采用輸出直接并聯(lián)的多重疊加結(jié)構(gòu)以及輸出電流的疊加波形。 顯然，電路仍采用了120導(dǎo)電型的PAM移相疊加控制 由于是三個(gè)三相電流型逆變器輸出疊加，因此可將PAM方波相位互相錯(cuò)開60/3=20角。這樣，即得12階梯波電流，一相的電流疊加波形如圖4-60b所示,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型

50、正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,43,4.4.2.1 直接并聯(lián)多重疊加的電流型階梯波逆變器,對(duì)圖4-60b所示的電流波形進(jìn)行諧波分析可知： 疊加輸出的12階梯波諧波電流表達(dá)式為,4.1 概述 4.1.1逆變器的基本原理 4.1.2逆變器的分類 4.1.3逆變器的性能指標(biāo) 4.2 電壓型逆變器（VSI） 4.2.1電壓型方波逆變器 4.2.2電壓型階梯波逆變器 4.2.3電壓型正弦波逆變器 4.3 空間矢量PWM控制 4.3.1三相VSR空間電壓矢量分布 4.3.2空間電壓矢量的合成 4.4 電流型逆變器 4.4.1電流型方波逆變器 4.4.2電流型階梯波逆變器,4-73,對(duì)比式（4-72）以及式（4-73）后不難發(fā)現(xiàn)，三重疊加后的輸出電流波形中仍不存在零序諧波（如3次、9次等），并且5次、7次諧波得到了進(jìn)一步衰減。 顯然，疊加重?cái)?shù)越多，輸出階梯波電流波形的階梯數(shù)也越多，電流的諧波含量就越小,44,4.4.2.2變壓器移相多重疊加的電流型階梯波逆變器,采用Y/Y變壓器聯(lián)接的兩重疊加結(jié)構(gòu) 若令Y/Y接法變壓器兩組繞組匝比分別為A1=W1/ W3、A2=W2/