第八章逆變電路-(出版社)

1、1第八章第八章 逆變電路逆變電路 n第一節(jié)第一節(jié) 無(wú)源逆變及基本電路無(wú)源逆變及基本電路 n第二節(jié)第二節(jié) 電壓型和電流型逆變器電壓型和電流型逆變器 n第三節(jié)第三節(jié) 脈寬調(diào)制型逆變電路脈寬調(diào)制型逆變電路 *第四節(jié)第四節(jié) 軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù) n本章小節(jié)本章小節(jié)2l 逆變概念：逆變概念：逆變逆變與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電l交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變l交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變本章講述無(wú)源逆變本章講述無(wú)源逆變l逆變與變頻逆變與變頻l變頻電路：交交變頻和交直交變頻兩種變頻電路：交交變頻和交直交變頻兩種l交直交變頻由交直變換和直

2、交變換兩部分組交直交變頻由交直變換和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變成，后一部分就是逆變l 逆變電路的應(yīng)用逆變電路的應(yīng)用逆變電路逆變電路交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路l 本章內(nèi)容本章內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 無(wú)源逆變及其基本電路無(wú)源逆變及其基本電路第二節(jié)第二節(jié) 電壓型和電流型逆變器電壓型和電流型逆變器第三節(jié)第三節(jié) 脈寬調(diào)制型逆變電路脈寬調(diào)制型逆變電路第四節(jié)第四節(jié) 軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)第八章第八章 逆變電路逆變電路引言引言 交流負(fù)載供電交流負(fù)載供電直流電源如蓄直流電源

3、如蓄電池、干電池電池、干電池和太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能電池3第一節(jié)第一節(jié) 無(wú)源逆變及基本電路無(wú)源逆變及基本電路 4l以以單相橋式逆變電路為例說(shuō)明最基本的工作原理為例說(shuō)明最基本的工作原理一、一、逆變電路的工作原理逆變電路的工作原理圖圖 8-1 8-1 逆變電路工作原理逆變電路工作原理 Q1Q4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。5一、一、逆變電路的工作原理逆變電路的工作原理+ -S1、S4閉合、S2、S3斷開6一、一、逆變電路的工作原理逆變電路的工作原理- +S1、S4斷開、S2、S3閉合7逆變電路最基本的工作逆變電路最基本的工作原理原理 改變兩組開關(guān)改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出切換

4、頻率，可改變輸出交流電頻率。交流電頻率。電阻負(fù)載電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流i io o和u uo o的波形相同，相位也相同。阻感負(fù)載阻感負(fù)載時(shí)，i io o相位滯后于u uo o，波形也不同。一、一、逆變電路的工作原理逆變電路的工作原理電阻負(fù)載阻感負(fù)載8l換相換相電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過(guò)程，也稱為轉(zhuǎn)移的過(guò)程，也稱為換相換相。逆變電路的換相逆變電路的換相開通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開通。開通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開通。關(guān)斷：關(guān)斷：全控型器件可通過(guò)門極關(guān)斷。全控型器件可通過(guò)門極關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外

5、部條件才能關(guān)斷。一般在晶閘管電流過(guò)零后施加一定時(shí)間反壓，才能一般在晶閘管電流過(guò)零后施加一定時(shí)間反壓，才能關(guān)斷。關(guān)斷。研究換相主要是研究如何使器件關(guān)斷。研究換相主要是研究如何使器件關(guān)斷。91) 器件換相器件換相（Device Commutation）n利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換相。利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換相。n在采用在采用IGBT 、電力、電力MOSFET 、GTO 、GTR等全等全控型器件的電路中的換相方式是器件換相?？匦推骷碾娐分械膿Q相方式是器件換相。2) 電網(wǎng)換相電網(wǎng)換相（Line Commutation）n電網(wǎng)提供換相電壓的換相方式。電網(wǎng)提供換相電壓的換相方式。n將負(fù)的電

6、網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。不需要器件具有門極可關(guān)斷能力，但不其關(guān)斷。不需要器件具有門極可關(guān)斷能力，但不適用于沒(méi)有交流電網(wǎng)的無(wú)源逆變電路。適用于沒(méi)有交流電網(wǎng)的無(wú)源逆變電路。逆變電路的換相逆變電路的換相103) 負(fù)載換相負(fù)載換相（Load Commutation） 由負(fù)載提供換相電壓的換相方式。由負(fù)載提供換相電壓的換相方式。 負(fù)載電流的相位超前于負(fù)載電壓的場(chǎng)合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的相位超前于負(fù)載電壓的場(chǎng)合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換相。負(fù)載換相。4) 強(qiáng)迫換相強(qiáng)迫換相（Forced Commutation） 設(shè)置附加的換相電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加設(shè)

7、置附加的換相電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反壓或反電流的換相方式稱為反壓或反電流的換相方式稱為強(qiáng)迫換相強(qiáng)迫換相。 通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此也通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此也稱為稱為電容換相電容換相。逆變電路的換相逆變電路的換相11l換相方式換相方式分為外部換相和自換相兩大類，外部換相包分為外部換相和自換相兩大類，外部換相包括電網(wǎng)換相和負(fù)載換相兩種，自換相包括器括電網(wǎng)換相和負(fù)載換相兩種，自換相包括器件換相和強(qiáng)迫換相兩種。件換相和強(qiáng)迫換相兩種。晶閘管時(shí)代十分重要，全控型器件時(shí)代其重晶閘管時(shí)代十分重要，全控型器件時(shí)代其重要性有所下降。要性有所下降。逆變電路的換相逆變電路

8、的換相12二、二、n1、半橋逆變電路、半橋逆變電路n2、全橋逆變電路、全橋逆變電路131、半橋逆變電路t1t2：C1V1負(fù)載，輸出電壓右正左負(fù)- +圖 8-4 半橋逆變電路141、半橋逆變電路t2t3：C2VD2負(fù)載，二極管VD2續(xù)流，輸出電壓左正右負(fù)+ -15t3t4：C2V2負(fù)載，輸出電壓右正左負(fù)+ -1、半橋逆變電路16- +t4t5：C1VD1負(fù)載，二極管VD1續(xù)流，輸出電壓左負(fù)右正1、半橋逆變電路171、半橋逆變電路- + -+ - +工作原理工作原理V1和和V2柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓u u

9、o o為矩為矩形波，幅值為形波，幅值為Um=Ud/2。V1或或V2通時(shí)，通時(shí)，i io o和和u uo o同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或或VDVD2 2通時(shí)，通時(shí)，i io o和和u uo o反向，反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。電感中貯能向直流側(cè)反饋。VDVD1 1、VDVD2 2稱為稱為反饋二極管反饋二極管, , 起著使負(fù)載電流連續(xù)的作起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱用，又稱續(xù)流二極管續(xù)流二極管。181、半橋逆變電路l優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，使用器件少。：電路簡(jiǎn)單，使用器件少。l缺點(diǎn)：輸出交流電壓幅值為：輸出交流電壓幅值為Ud/2，且直流側(cè)，且直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)

10、，要控制兩者電壓均衡。需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。應(yīng)用：用于幾用于幾kW以下的小功率逆變電源。以下的小功率逆變電源。l單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合。變電路的組合。192、全橋逆變電路tOtOtOtOtO? ?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo特點(diǎn)特點(diǎn) 共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路組合而成。共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路組合而成。 兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180180。 輸出電壓合電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。輸出電壓合電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。8-5全橋逆變電路及波形

11、20輸出電壓定量分析輸出電壓定量分析 uo成傅里葉級(jí)數(shù)成傅里葉級(jí)數(shù) (8-1) 基波幅值基波幅值 (8-2) 基波有效值基波有效值 (8-3) uo為正負(fù)各為正負(fù)各180時(shí)，要改變輸出電壓有效值只能改時(shí)，要改變輸出電壓有效值只能改變變Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn))5sin513sin31(sin4tttUudoddmoUUU27. 141ddoUUU9 . 022121第二節(jié)第二節(jié) 逆變電路的分類逆變電路的分類 根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同電壓型逆變電路又稱為電壓源型逆變電路Voltage Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)大電容濾波是電壓源電壓源電流型逆變電路又稱為電流源型逆變電路Cu

12、rrent Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)大電感濾波是電流源電流源22一、一、電壓型逆變電路的主要特點(diǎn)電壓型逆變電路的主要特點(diǎn) (1) (1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)無(wú)脈動(dòng)脈動(dòng)。 (2)(2)輸出電壓為矩形波，輸輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。同。 (3)(3)阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率。為了給交流側(cè)向直流功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。圖圖8-6 電壓型

13、三相橋式逆變電路電壓型三相橋式逆變電路23l三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路路l應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路l可看成由三個(gè)半橋逆變電路組成可看成由三個(gè)半橋逆變電路組成圖8-6 三相電壓型橋式逆變電路l180導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式 每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通 每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流縱向換流一、一、24l 波形分析圖8-7 電壓型三相橋式逆變電路的工作波形負(fù)載各相到電源中點(diǎn)負(fù)載各相到電源中點(diǎn)N的電的電壓壓：U相，1通，uUN=Ud/

14、2，4通，uUN=-Ud/2 負(fù)載線電壓負(fù)載線電壓 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu 負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu(8-4)一、一、25負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓 )(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu(8-5)利用式利用式(8-4)和和(8-6)可繪出可繪出uUN、uVN、uWN波形波形負(fù)載已知時(shí)，可由負(fù)載已知時(shí)，可由uUN波形求出波形求出iU波形波形一相上下兩橋臂間的換流過(guò)程和半橋電路相似一相上下兩橋臂間的換流過(guò)程和半橋電路相似橋臂橋臂1、3、5的電流相加可得直流

15、側(cè)電流的電流相加可得直流側(cè)電流id的波形，的波形，id每每60脈動(dòng)一次，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，因此逆變器從交流脈動(dòng)一次，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的，電壓型逆變電路的一個(gè)側(cè)向直流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的，電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)特點(diǎn) )(31 WN VN UNNNuuuu(8-6)負(fù)載三相對(duì)稱時(shí)有uUN+uVN+uWN=0，于是 一、一、26圖8-8 電流型三相橋式逆變電路電流型逆變電路直流電源為電流源的逆變電路一般在直流側(cè)串聯(lián)大電感，電流脈動(dòng)很小，可近似 看成直流電流源實(shí)例之一：圖8-8電流型三相橋式逆變電路二、二、27電流型逆變電路主要特點(diǎn)電流型逆變電路主要特

16、點(diǎn) (1) 直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源 (2) 交流輸出電流為矩形波，輸出電壓波形和相位因交流輸出電流為矩形波，輸出電壓波形和相位因 負(fù)載不同而不同負(fù)載不同而不同 (3) 直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，不必給開關(guān)直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，不必給開關(guān) 器件反并聯(lián)二極管器件反并聯(lián)二極管電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍 應(yīng)用較多應(yīng)用較多換流方式有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流換流方式有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流二、二、28圖8-8 電流型三相橋式逆變電路的輸出波形 l 波形分析波形分析輸出電流波形和負(fù)載性質(zhì)無(wú)關(guān)，輸出電流波形和負(fù)載性質(zhì)

17、無(wú)關(guān)，正負(fù)脈沖各正負(fù)脈沖各120的矩形波的矩形波輸出電流和三相橋整流帶大電輸出電流和三相橋整流帶大電感負(fù)載時(shí)的交流電流波形相同，感負(fù)載時(shí)的交流電流波形相同，諧波分析表達(dá)式也相同諧波分析表達(dá)式也相同輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，大體為正弦波關(guān)，大體為正弦波輸出交流電流的基波有效值輸出交流電流的基波有效值l電流型三相橋式逆變電路電流型三相橋式逆變電路（采用全控型器件）基本工作方式是基本工作方式是120導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式每個(gè)臂一周期內(nèi)導(dǎo)電每個(gè)臂一周期內(nèi)導(dǎo)電120每時(shí)刻上下橋臂組各有一個(gè)臂導(dǎo)通，橫向換流每時(shí)刻上下橋臂組各有一個(gè)臂導(dǎo)通，橫向換流二、二、29第三節(jié)第三節(jié) 脈寬調(diào)制（

18、脈寬調(diào)制（PWM）型逆變電路）型逆變電路 nPWM (Pulse Width Modulation)PWM (Pulse Width Modulation)n脈寬調(diào)制技術(shù)：通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，脈寬調(diào)制技術(shù)：通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）來(lái)等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）n第第6章直流斬波變換技術(shù)已涉及章直流斬波變換技術(shù)已涉及PWMPWM控制，本章主要控制，本章主要學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)SPWMSPWM控制?？刂?。nPWMPWM控制的思想源于通信技術(shù)，全控型器件的發(fā)展使控制的思想源于通信技術(shù)，全控型器件的發(fā)展使得實(shí)現(xiàn)得實(shí)現(xiàn)PWMPWM控制變得十分容易

19、?？刂谱兊檬秩菀?。nPWMPWM技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能大大提高，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十大大提高，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十分重要的地位。分重要的地位。30Ou t如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波Ou tOu t一、一、 PWM控制的基本原理控制的基本原理31Ou t如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波SPWM波若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。Ou tOu tOu t一、一、PWM控制的基本原理控制的基本原理328.3.2 SPWM波形的生成波形的生成n計(jì)算法

20、計(jì)算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWMn 波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形波形n本法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或本法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化33SPWM波形的生成波形的生成n調(diào)制法調(diào)制法把希望輸出的波形作調(diào)制信號(hào)，通把希望輸出的波形作調(diào)制信號(hào)，通過(guò)對(duì)此過(guò)對(duì)此信號(hào)波的調(diào)制信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的得到所期望的PWM波波n采用等腰三角波或鋸齒波作為采用等腰三角波或鋸齒波作

21、為載波載波n等腰三角波應(yīng)用最多，因其任一點(diǎn)的水平寬度和高等腰三角波應(yīng)用最多，因其任一點(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱n載波與平緩變化的調(diào)制信號(hào)相交，在交點(diǎn)時(shí)刻載波與平緩變化的調(diào)制信號(hào)相交，在交點(diǎn)時(shí)刻控制器件通斷，就得到寬度正比于信號(hào)波幅值控制器件通斷，就得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合的脈沖，符合PWM的要求調(diào)制信號(hào)波為正弦的要求調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號(hào)波；調(diào)制信號(hào) 是其是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波波34 以單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說(shuō)明以單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)

22、行說(shuō)明圖圖8-10 8-10 單相橋式單相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路工作時(shí)工作時(shí)V1和和V2通斷互補(bǔ)，通斷互補(bǔ)，V3和和V4通斷也互補(bǔ)通斷也互補(bǔ)u控制規(guī)律：控制規(guī)律：以以u(píng)o正半周為例，正半周為例，V V1 1通，通，V V2 2斷，斷，V V3 3和和V V4 4交替通斷交替通斷 負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一 段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)負(fù)載電流為正的區(qū)間，負(fù)載電流為正的區(qū)間，V V1 1和和V V4 4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uo等于等于UdV V4 4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)V V1 1和和VDVD

23、3 3續(xù)流，續(xù)流，uo=0=0負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間， V V1 1和和V V4 4仍導(dǎo)通，仍導(dǎo)通，io為負(fù)，實(shí)際為負(fù)，實(shí)際上上io從從VDVD1 1和和VDVD4 4流過(guò)，仍有流過(guò)，仍有uo=UdV V4 4關(guān)斷關(guān)斷V V3 3開通后，開通后，io從從V V3 3和和VDVD1 1續(xù)流，續(xù)流，uo=0=0uo總可得到總可得到Ud和零兩種電平和零兩種電平uo負(fù)半周，讓負(fù)半周，讓V V2 2保持通，保持通，V V1 1保持?jǐn)?，保持?jǐn)啵琕 V3 3和和V V4 4交替通交替通斷，斷，uo可得可得- -U Ud d和零兩種電平和零兩種電平35uur正半周，正半周，V1保持通，保持通，

24、V2保持?jǐn)啾３謹(jǐn)喈?dāng)當(dāng)uruc時(shí)使時(shí)使V V4 4通，通，V3斷，斷，uo=Ud當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，給時(shí)，給V V1 1和和V V4 4導(dǎo)通信號(hào)，給導(dǎo)通信號(hào)，給V V2 2和和V V3 3關(guān)斷信號(hào)關(guān)斷信號(hào)如如io0，V V1 1和和V V4 4通，如通，如io0，VDVD1 1和和VDVD4 4通，通， uo=Ud當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，給時(shí)，給V V2 2和和V V3 3導(dǎo)通信號(hào)，給導(dǎo)通信號(hào)，給V V1 1和和V V4 4關(guān)斷信號(hào)關(guān)斷信號(hào)如如io0，VDVD2 2和和VDVD3 3通，通，uo=-Ud37圖6-6urucuOtOtuouofuoUd- Ud圖圖8-12 雙極性雙極性PWM控制方式波形控制方

25、式波形 對(duì)照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單對(duì)照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對(duì)開關(guān)器件極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對(duì)開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別差別圖6-5urucuOtOtuouofuoUd- Ud圖圖8-11 單極性單極性PWM控制方式波形控制方式波形38圖8-13 三相橋式PWM型逆變電路 三相的PWM控制公用三角波載波uc 三相的調(diào)制信號(hào)urU、urV和urW依次相差120下面以下面以U相為例進(jìn)行分析：相為例進(jìn)行分析：二、三相橋式二、三相橋式PWM逆變電路

26、逆變電路39圖 8-13 三相SPWM逆變電路及波形 當(dāng)urUuc時(shí)，給V1導(dǎo)通信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，uUN=Ud/2當(dāng)urUuc時(shí)，給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)，uUN=-Ud/2當(dāng)給V1(V4)加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可能是VD1(VD4)導(dǎo)通uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2兩種電平uUV波形可由uUN-uVN得出，當(dāng)1和6通時(shí)，uUV=Ud，當(dāng)3和4通時(shí)，uUV=Ud，當(dāng)1和3或4和6通時(shí)，uUV=0輸出線電壓PWM波由Ud和0三種電平構(gòu)成負(fù)載相電壓PWM波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和0共5種電平組成l 控制規(guī)律：40n防直通的死區(qū)時(shí)間同一相上下兩臂

27、的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，為防止上下臂直通而同一相上下兩臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出的死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出的PWM波帶來(lái)影響，使其稍稍偏離正波帶來(lái)影響，使其稍稍偏離正弦波弦波41三、三、PWM逆變電路的控制方式逆變電路的控制方式 n異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制載波比載波比載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，N= fc / frv根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制異

28、步調(diào)制和同步調(diào)制同步調(diào)制421、異步調(diào)制、異步調(diào)制異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式通常保持通常保持fc固定不變，當(dāng)固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比變化時(shí)，載波比N是變化是變化的的在信號(hào)波的半周期內(nèi)，在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱周期的脈沖也不對(duì)稱當(dāng)當(dāng)fr較低時(shí)，較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小當(dāng)當(dāng)f

29、r增高時(shí)，增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大脈沖不對(duì)稱的影響就變大432、同步調(diào)制、同步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時(shí)使載波與信號(hào)波保持同步，即N等于常數(shù)。圖6-10ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud圖8-14 同步調(diào)制三相PWM波形討論：基本同步調(diào)制方式，fr變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)fr很低時(shí)，fc也很低，由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除fr很高時(shí)，fc會(huì)過(guò)高，

30、使開關(guān)器件難以承受44*第四節(jié)第四節(jié) 軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù) n現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、輕量化、高頻化，同時(shí)對(duì)裝置的效率和輕量化、高頻化，同時(shí)對(duì)裝置的效率和電磁兼容性也提出了更高的要求。正是電磁兼容性也提出了更高的要求。正是在這一發(fā)展趨勢(shì)的促進(jìn)下，軟開關(guān)技術(shù)在這一發(fā)展趨勢(shì)的促進(jìn)下，軟開關(guān)技術(shù)在電力變換應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，諧振在電力變換應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，諧振軟開關(guān)電路在一定領(lǐng)域內(nèi)將有替代軟開關(guān)電路在一定領(lǐng)域內(nèi)將有替代PWM硬性開關(guān)電路的可能。硬性開關(guān)電路的可能。 45一、軟開關(guān)的基本概念一、軟開關(guān)的基本概念 n軟開關(guān)電路在電路中增加了小電感、電容等

31、諧振元軟開關(guān)電路在電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開關(guān)過(guò)程前后引人諧振，使開關(guān)條件得以改件，在開關(guān)過(guò)程前后引人諧振，使開關(guān)條件得以改善，從而降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。因此，軟開關(guān)善，從而降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。因此，軟開關(guān)有時(shí)也被稱為諧振開關(guān)。有時(shí)也被稱為諧振開關(guān)。 圖圖8-17 零電壓（軟）開關(guān)諧振電路及波形零電壓（軟）開關(guān)諧振電路及波形 46二、軟開關(guān)電路的分類二、軟開關(guān)電路的分類 n準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路電路 a) 基本開關(guān)單元 b) 降壓斬波器中的基本開關(guān)單元c) 升壓斬波器中的基本開關(guān)單元 d) 升降壓斬波器中的基本開關(guān)單元

32、a）b）C）d）圖8-18 基本開關(guān)單元471、準(zhǔn)諧振電路、準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路中的基本開關(guān)單元零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路中的基本開關(guān)單元 b) 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路中的基本開關(guān)單元零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路中的基本開關(guān)單元 c) 零電壓開關(guān)多諧振電路中的基本開關(guān)單元零電壓開關(guān)多諧振電路中的基本開關(guān)單元 a ） b） c） 諧振的引人使得電路的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲都大大下降諧振的引人使得電路的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲都大大下降. 但：諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高；諧振電但：諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高；諧振電流的有效值很大，電路中存在大量的無(wú)功功率的交換，造流的有效值很大，電路中存在大量的無(wú)功功率的交換，造成電路導(dǎo)通損耗加大成電路導(dǎo)通損耗加大 圖8-19 準(zhǔn)諧振電路中的基本開關(guān)單元482、零開關(guān)、零開關(guān)PWM電路電路 電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關(guān)承受的