第5章 無源逆變電路PWM基礎(chǔ)

1、第五章第五章 直交變頻電路直交變頻電路第一節(jié)第一節(jié) SPWMSPWM 基礎(chǔ)基礎(chǔ)脈寬調(diào)制是用高度相同，寬度不等的矩形脈沖列去脈寬調(diào)制是用高度相同，寬度不等的矩形脈沖列去逼近一個所需要的電壓或電流波形。逼近一個所需要的電壓或電流波形。幅值調(diào)制比：幅值調(diào)制比：正弦信號的幅值與三角波信號的幅值正弦信號的幅值與三角波信號的幅值之比，用之比，用m ma a表示。表示。頻率調(diào)制比：頻率調(diào)制比：三角波信號的頻率與正弦信號的頻率三角波信號的頻率與正弦信號的頻率之比，用之比，用m mf f表示。表示。m mf f也稱為載波比。也稱為載波比。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師單極性調(diào)制與雙極性調(diào)制單極性調(diào)制

2、與雙極性調(diào)制+1-1單極性脈寬調(diào)制所得到的單極性脈寬調(diào)制所得到的PWMPWM信號有正、負(fù)和信號有正、負(fù)和0 0三種三種電平。雙極性脈寬調(diào)制所得到的電平。雙極性脈寬調(diào)制所得到的PWMPWM信號只有正負(fù)信號只有正負(fù)兩種電平。兩種電平。異步調(diào)制與同步調(diào)制異步調(diào)制與同步調(diào)制僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師20110020304050607021334569991470.41.61.20.82.42.0基頻基頻僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制將逆變器的工作頻率范圍劃分為若干個頻率段，在將逆變器的工作頻率范圍劃分為若干個頻率段，在每個頻率段保持頻率調(diào)制比為常數(shù)。

3、每個頻率段保持頻率調(diào)制比為常數(shù)。開關(guān)頻率開關(guān)頻率ucut-T/2+T/2T0ucut-T/2+T/2T0脈寬調(diào)制波形的脈寬調(diào)制波形的優(yōu)化選擇優(yōu)化選擇性的性的諧諧波波消除消除適當(dāng)改適當(dāng)改變波形的寬度或變波形的寬度或開適當(dāng)開適當(dāng)寬度的寬度的“缺口缺口” 可以消可以消除除波形波形中特定中特定的的諧諧波。波。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師SPWMSPWM的算法的算法自然采自然采樣樣法法和和規(guī)則規(guī)則采采樣樣法法u(wt) =U nm sinnwt2由付立葉級由付立葉級數(shù)數(shù)npUnm = p (Ud /2)sinnwtd(wt)0要要消除某次諧消除某次諧波，波，使該次諧使該次諧波電壓的波電壓的

4、積積分為分為零即零即可可。從積從積分的分的意義上看意義上看，就就是是使諧使諧波波面積面積為為零零。例例如原如原波形波形中中有有3 3次次和和5 5次次，若，若改改變脈沖寬度變脈沖寬度則消除了則消除了3 3次次、5 5次次 。這這種種方方法不法不能能同同時消除幾時消除幾個個諧諧波波t02tt02t僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師npt02tt加加，5 5次就被消除次就被消除。波。波形形疊加疊加的的結(jié)果就結(jié)果就是在是在原原波形波形上上“開開”了了一個一個“槽槽”。所。所以通過開溝槽以通過開溝槽能夠消除諧能夠消除諧波。波。當(dāng)當(dāng)在在原原波形波形上開上開一個一個槽時根據(jù)槽時根據(jù)付立葉級付立葉級

5、數(shù)分?jǐn)?shù)分析析只只消除消除U d某某一一次次 2諧諧波。波。方方波波中諧中諧波的幅值是：波的幅值是：僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師另另一種一種理解方理解方法法: :為為消除諧消除諧波，波，注入注入一個一個大小大小相等相相等相位位相相反反的的諧諧波，波，則原則原波形波形中中的的諧諧波波被抵消被抵消。在。在圖圖示示波形波形中中，為，為消除消除5 5次次，需要，需要注入注入一個一個反反相的相的5 5次次。交交流脈沖流脈沖中中有有5 5次次分分量量。若兩個波形。若兩個波形疊疊U d sinU d =U d sinnpnp4 nb則對應(yīng)則對應(yīng)的的n n次諧次諧波將波將被消除被消除。由此可由此可

6、得到得到計計算脈沖算脈沖的寬度的寬度的的公式公式：交交流脈沖的幅值是：流脈沖的幅值是：np 24 4當(dāng)當(dāng)nb2成立成立sin= 0.5nb2交交流脈沖的流脈沖的中心必須位于距方中心必須位于距方波波過零點起過零點起算的、算的、所需所需消除消除的的諧諧波的波的四四分之一分之一周期處周期處，即即：p2n僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師而而脈沖寬度為脈沖寬度為、脈沖、脈沖中心距方中心距方波的波的邊緣邊緣為為度的度的-1t2uo0 12-Ud/2-2Ud/2-Ud/2Ud-UdUd/2同同樣樣，若要同，若要同時消除時消除兩個兩個電壓電壓諧諧波，波，應(yīng)當(dāng)應(yīng)當(dāng)在在原原波形波形上開上開二二個個槽槽。

7、或。或增增加加二二個個與與原原波形極性相波形極性相反反的負(fù)脈的負(fù)脈沖。沖。適當(dāng)適當(dāng)?shù)氐剡x擇選擇負(fù)脈沖的負(fù)脈沖的寬度和寬度和位位置置就可消除這就可消除這兩兩個個諧諧波電壓。波電壓。規(guī)則規(guī)則：在：在方方波波上上每每開開一個一個槽可消除槽可消除一個一個特定特定的的諧諧波。波。開槽開槽后會后會基波基波成成份降低份降低, ,使使其它其它高高次諧次諧波的幅值波的幅值增增大大。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師u(wt) =U nm sinnwtUdsinnwtd(wt)+sinnwtd(wt)pUd n=2pp(Ud /2)sinnwtd(wt)0Unm+a1 a2=0 a1p-a2 p-a1 p

8、sinnwtd(wt)+ sinnwtd(wt)+ sinnwtd(wt)a2 p -a2 p -a1=1-2 cosna1 +2 cosna2 n 2p由付立葉級由付立葉級數(shù)數(shù)僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師為為消除消除3 3、5 5次諧次諧波波令令U U3m3m=0=0和和U U5m5m=0=0：1- 2cos3a1 + 2cos3a2 = 01- 2cos5a1 + 2cos5a2 = 0聯(lián)聯(lián)立方立方程組程組可可得到得到特定特定的角度值的角度值1 1=23.62=23.62和和2 2=33.3=33.3。采用。采用這這種種方方法法可以可以用用較低較低的的開開關(guān)關(guān)頻率頻率去去掉掉

9、不不希望希望的的低低次諧次諧波。波。這這種種方方法的法的優(yōu)點優(yōu)點是是可以可以有有效地抑效地抑制和制和消除消除低低次諧次諧波。波。（增（增加加濾濾波器不是有波器不是有效效的的方方法法）。它它特特別別適適合合在在UPSUPS（不不間斷間斷電電源）源），電，電力牽引力牽引用的逆變器等用的逆變器等場場合合應(yīng)應(yīng)用。用。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師uOZUdD1xD2T1+T2Ud/2-ioUd/2+-y+-T1T2compT2T1ucutinvtuoUd/2-Ud/2僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師第第二二節(jié)電壓節(jié)電壓型型脈寬調(diào)制逆變電脈寬調(diào)制逆變電路路1 1單相單相半橋半橋PW

10、MPWM逆變電逆變電路路分分析析Ud/2uot-Ud/2T1D1T2D2設(shè)設(shè)負(fù)載為電負(fù)載為電阻阻電電感感性。性。由由半橋半橋的的知識知識可可推出推出：VoVo為正：為正：T T1 1或或D1D1導(dǎo)導(dǎo)通通。電流正。電流正時時為為T T1 1通通負(fù)為負(fù)為D D1 1通通VoVo為負(fù)：為負(fù)：T T2 2或或D D2 2導(dǎo)導(dǎo)通通。電流正。電流正時時為為D D2 2通通負(fù)為負(fù)為T T1 1通通僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師sinw1t =uo(1) =U d2載電流為負(fù)載電流為負(fù)時時是是T T2 2或或D D1 1工作。工作。輸出輸出電壓電壓u uo o的基波分的基波分量量U d Ucm2

11、Utma sinw1t輸出輸出電壓電壓u uo o的的諧諧波分波分布布的的規(guī)規(guī)律律是是fh = ( jm f k) f1J J為為偶偶數(shù)數(shù)時時k k取奇取奇數(shù)，數(shù)， j j為為奇奇數(shù)數(shù)時時k k取偶取偶數(shù)。數(shù)。上式上式表表明明，諧諧波分波分量量總總是是以以三角波頻率三角波頻率及其倍及其倍數(shù)數(shù)m mf f，2m2mf f，3m3mf f為為中心中心頻率，形頻率，形成邊成邊帶帶。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師這樣這樣得到得到了了單相單相半橋半橋PWMPWM逆變電逆變電路路工作工作時時各各個個開開關(guān)關(guān)的工作的工作情況情況。對對半橋半橋電電路任何路任何時時刻刻只有一個只有一個開開關(guān)關(guān)導(dǎo)導(dǎo)通

12、通。負(fù)載電流為正。負(fù)載電流為正時時，總總是是T T1 1或或D D2 2工作，相工作，相反反負(fù)負(fù)10.00.40.2mfmf+22mf3mf2mf+12mf+33mf+23mf+43 3 單相單相橋橋PWMPWM逆變電逆變電路路分分析析單極性單極性控控制制單極性單極性控控制是用一制是用一條條等等腰腰三角波與三角波與二條二條幅值與頻率幅值與頻率相同、相同、但但相相位位相相差差180180度的度的二條二條正弦波正弦波進(jìn)行進(jìn)行比比較較，分分別別得到兩個得到兩個橋臂橋臂開開關(guān)關(guān)的的通通斷斷時時刻刻。在在輸出輸出電壓的電壓的半周內(nèi)半周內(nèi)，電壓極性只在一個極性，電壓極性只在一個極性方方向向變變化化。故故稱

13、稱“單極性單極性控控制制”。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師0.80.6INVCOMPuc+T4T1INVCOMPT3T2uc-utuOZT3T4T1UdD1+D2D3D4xyT2-uc+uc-utT1T4T2T3uO僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師+-+uOUdT1x- yT3+uOD1Udx- yD3+UdxyuO T2-T4+UdxyuO D2-D4+uOT4x- yD3+uOD4x- yT3uOD1xyT2uOT1xyD2僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師電電路路中可能中可能出現(xiàn)出現(xiàn)的工作的工作模模式式。其其中中非非零零 零零各各4 4種種T1D1T2D2T

14、3D3T4D4uXuYuOiOid僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師在在區(qū)域區(qū)域A1A1，T T3 3T T4 4為為導(dǎo)導(dǎo)通通信號，信號，因因i io o為負(fù)為負(fù)故故D D3 3T T4 4導(dǎo)導(dǎo)通通。在在A2A2，T T1 1T T3 3為為onon信號，信號，但但i io o為負(fù)為負(fù)故故D D1 1D D3 3導(dǎo)導(dǎo)通通。在在A3A3，T T1 1T T2 2為為onon信號，信號，i io o為正，為正，故故T T1 1D D2 2導(dǎo)導(dǎo)通通。在在A4A4，T T1 1T T3 3為為onon信號，信號，i io o為正，為正，故故T T1 1T T3 3導(dǎo)導(dǎo)通通。在在A5A5，T T

15、3 3T T4 4為為onon信號，信號，i io o為正，為正，故故T T3 3D D4 4導(dǎo)導(dǎo)通通其它區(qū)域其它區(qū)域的分的分析方析方法相同。法相同。從上從上述述分分析析知知：1 1）任）任意時意時刻刻有兩個有兩個開開關(guān)關(guān)工作。工作。2 2）開開關(guān)關(guān)工作不工作不對對稱。稱。3 3）負(fù)載電流的負(fù)載電流的功功率率因因數(shù)要數(shù)要影響影響開開關(guān)關(guān)的工作的工作時時間間。4)4)可可控控開開關(guān)關(guān)對對導(dǎo)導(dǎo)通時通時電電源向源向負(fù)載負(fù)載供供能能；可可控控開開關(guān)二關(guān)二極極管管對對導(dǎo)導(dǎo)通時通時，負(fù)載電流，負(fù)載電流環(huán)環(huán)流，電流，電源源不不供供能能；二二極極管管對對導(dǎo)導(dǎo)通時通時，負(fù)載，負(fù)載向向電電源源反反饋饋電電能能。主

16、主要的要的計計算算式式：僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師uo(1)Ud Ucm2 Utsinw1t -sin(w1t -p)=Udma sinw1t=諧諧波電壓的分波電壓的分布布規(guī)規(guī)律律是是fh = ( j2m f k) f1輸出輸出電壓的頻率電壓的頻率譜譜圖圖2mf+110.20.00.80.60.4mf3mf2mf+32mf4mf+14mf+34mf+54mf與與半橋半橋電電路路的頻的頻譜譜圖圖比比較較，諧諧波分波分量量與幅值與幅值都都改改善善了了僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師采用采用SPWMSPWM調(diào)制調(diào)制技術(shù)技術(shù)可以可以抑抑制與制與消除消除高高次諧次諧波，波，但但

17、逆逆變器變器從從直直流流側(cè)吸側(cè)吸取取的電流的電流必必然然包含包含一個一個二二次次電流分電流分量量。這這個電流流個電流流經(jīng)直經(jīng)直流流側(cè)支撐側(cè)支撐電電容容時時產(chǎn)生產(chǎn)生的電壓的的電壓的脈脈動動是不是不容忽視容忽視的。的。UoIoU dUoIoU d2UoIoU duo(t)io(t)ud=id (t) =cos(2w1t -f) = Id -id cosf -sinw1t sin(w1t -f)僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師直直流流側(cè)側(cè)電流電流由由直直流分流分量量與與交交流分流分量量構(gòu)構(gòu)成成。直直流分流分量量對應(yīng)于從對應(yīng)于從直直流流側(cè)傳送側(cè)傳送到到交交流流側(cè)側(cè)的有的有功功功功率率；交交流

18、分流分量量是一個兩是一個兩倍倍于交于交流流側(cè)側(cè)基波頻率的正弦基波頻率的正弦量量。稱為。稱為“二二次諧次諧波波”。INVINVINVuAuBuCutT1T4aT6T3bT2T5c+Ud-+uan-COMPCOMPCOMP+ubnn -T4T1T6T3T2T5+ucn-tttttttuboucouabubcucauaoutuAuBuC僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師三相三相橋橋式式SPWMSPWM逆變電逆變電路路分分析析由由三個基三個基本本的單相的單相半橋半橋PWMPWM逆變電逆變電路組路組成成的。的。各半橋各半橋的的控控制信號制信號各各相相差差1/31/3周期周期。sinw1t -si

19、n(w1t -masinw1t -sin(w1t -2pma 3cos(w1t - )U d p)2p3ucm U d ucmut 2 utU AB(1)3=U d2U d2maU d32線線電壓基波幅值電壓基波幅值U UABm(1)ABm(1) U ABm(1) =2 3線線電壓基波有電壓基波有效效值值U UAB(1)AB(1)32 2maU d = 0.612maUdU AB(1) =僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師線線電壓基波是電壓基波是諧諧波電壓的分波電壓的分布布規(guī)規(guī)律律是是2mf+110.00.20.80.60.4mf2mf3mf4mf3mf+23mf+4mf+24mf+1

20、4mf+5三相三相橋橋式式SPWMSPWM逆變電逆變電路路分分析析設(shè)設(shè)負(fù)載為負(fù)載為感感性，電流性，電流滯滯后后電壓一個相角。電電壓一個相角。電路路的工的工作作模模式式：a a）三個三個可可控控開開關(guān)導(dǎo)關(guān)導(dǎo)通通。此時此時負(fù)載負(fù)載從從直直流電流電源源獲獲得得能量能量。這這三個三個可可控控開開關(guān)關(guān)是是6 6個個開開關(guān)關(guān)中中的三個。的三個。b b）二）二個個可可控控開開關(guān)關(guān)和一個和一個二二極極管導(dǎo)管導(dǎo)通通。此時此時負(fù)載負(fù)載從從電電網(wǎng)獲網(wǎng)獲得電得電能能，同，同時時，無無功功在在繞繞組內(nèi)組內(nèi)交交換換。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師T2aT1ncbD3+Ud-D2aT1ncbD3+Ud-nT2c

21、T1aT6b+Ud-c c）二）二個個二二極極管管和一個和一個可可控控開開關(guān)導(dǎo)關(guān)導(dǎo)通通。無無功向功向電電源源反反饋饋同同時時也在也在繞繞組間組間交交換換。d d）在在SPWMSPWM方式方式工作的逆變電工作的逆變電路路中中，有兩種，有兩種特特殊殊模模式式：T T135135全部全部為為導(dǎo)導(dǎo)通通信號和信號和T T246246全部全部為為導(dǎo)導(dǎo)通通信號。信號。當(dāng)當(dāng)T T135135為為導(dǎo)導(dǎo)通通信號信號時時，根據(jù)規(guī)則根據(jù)規(guī)則T T246246是是關(guān)斷關(guān)斷的。同的。同理理D D246246也是也是關(guān)斷關(guān)斷的。的。因因為為D D246246的的導(dǎo)導(dǎo)通通不不會阻會阻礙礙T T135135的的導(dǎo)導(dǎo)通通，而而T

22、 T135135的的導(dǎo)導(dǎo)通通卻卻要要關(guān)斷關(guān)斷D D246246。此時此時，T T135135與與D D135135中中哪些真哪些真正正導(dǎo)導(dǎo)通通，與，與當(dāng)時當(dāng)時的電流有的電流有關(guān)關(guān)。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師在逆變電在逆變電路路中中，工作，工作模模式式與負(fù)載電流的相與負(fù)載電流的相位位。（超超前前或或滯滯后）后）有有關(guān)關(guān)。假假定定負(fù)載電流負(fù)載電流滯滯后后負(fù)載電壓。負(fù)載電壓。在在區(qū)域區(qū)域1 1中中T T135135為為onon信號，信號，這這種種模模式式在在方方波逆變電波逆變電路路中中是是沒沒有的。有的。由于由于i ia a、i ic c為正，為正，i ib b為負(fù)為負(fù)（正表示流正表

23、示流出出該該相，負(fù)表示流相，負(fù)表示流入該入該相相）nT1T4acUd+-T3bT6+uan-T5T2+ubn-+ucn-若若i ia a為正為正i ib b、i ic c為負(fù)，為負(fù)，則則T T1 1與與D D3 3D D5 5導(dǎo)導(dǎo)通通；若若i ia ai ib b為正為正i ic c為負(fù)，為負(fù)，則則T T1 1T T3 3與與D D5 5導(dǎo)導(dǎo)通通；其；其余類余類推推。當(dāng)當(dāng)T T246246為為導(dǎo)導(dǎo)通通信號信號時時，分分析方析方法與法與此此相同。相同。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師4 5 61 2 3f g hc d e9 a b6 7 83 4 51 2僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟

24、老師郭小舟老師vavbvcvabvbcvcanT1aT5cD3b+Ud-aT1nT5cbT6+Ud-僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師所所以此時以此時是是T T1 1T T5 5和和D D3 3導(dǎo)導(dǎo)通通。輸出輸出電壓為電壓為零零。這這是是2T1D2T1D導(dǎo)導(dǎo)通通的的情況情況。電。電源源不不供供能能。見見示示意圖意圖。在在區(qū)域區(qū)域2 2中中T T561561為為onon信號。信號。 i ia a、i ic c為正，為正，i ib b為負(fù)，為負(fù)，這這表表明明T T561561工作，工作，這這是是3T3T導(dǎo)導(dǎo)通通情況情況。此時此時電電源源給給負(fù)載負(fù)載供供能能。I Id d=-i=-ib b。

25、在在區(qū)域區(qū)域3 3中中T T612612為為onon信號。信號。 i ia a為正、為正、i ib b為負(fù)，為負(fù)， i ic c由由正變負(fù)。正變負(fù)。這這表表明明T T1616的的狀態(tài)狀態(tài)不變，不變，而而C C相電相電路路先先是是D D2 2工作，電流到工作，電流到零零后后T T2 2工作。電工作。電路路由由2T1D2T1D變變成成3T3T在在區(qū)域區(qū)域4 4中中T T246246為為onon信號，信號，這這種種模模式式在在方方波逆變電波逆變電路路中中也是也是沒沒有的。有的。由于由于i ia a為正，為正，i ib b 、i ic c為負(fù)，所為負(fù)，所以以電電路路中中D D4 4T T6 6T T2

26、 2導(dǎo)導(dǎo)通通。電。電路環(huán)路環(huán)流，電流，電源源無無電流流電流流入入。nD2cT1T6ab+Ud-nT2cT1T6ab+Ud-+Ud-nD4acT2bT6在在區(qū)域區(qū)域5 5中中T T612612仍仍然為然為onon信信號。號。 i ia a為正、為正、i ib b i ic c為為負(fù)，負(fù)， 電電路路中中是是3T3T工作。工作。此時此時電電源向源向負(fù)載負(fù)載供供電電能能。Id=iaId=ia。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師通過上通過上述述方方法法可以對可以對每個每個區(qū)域區(qū)域器器件件的的導(dǎo)導(dǎo)通通情況進(jìn)行情況進(jìn)行分分析析。電。電路路有有如如下下規(guī)規(guī)律律：1 1）電電路路有有上上部部3 3個個開

27、開關(guān)關(guān)或或下部下部三個三個開開關(guān)關(guān)同同時時導(dǎo)導(dǎo)通通的的情況情況。此時此時輸出輸出電壓為電壓為零零。電。電源輸源輸入入電流為電流為零零。2 2）當(dāng)當(dāng)滯滯后后的的功功率率因因數(shù)角數(shù)角小于小于6060度度時時，電，電路路工作工作時時總總是在是在上上（下下）全全通通、2T1D2T1D、3T3T這幾這幾種種模模式中式中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換。當(dāng)當(dāng)滯滯后后的的功功率率因因數(shù)角數(shù)角大于大于6060度的度的情況情況自自行行分分析析。三相三相橋橋式式PWMPWM逆變器逆變器直直流流側(cè)側(cè)電流電流假假定定直直流電壓為常值。三相逆變電流電壓為常值。三相逆變電路路的的輸出輸出線線電流電流經(jīng)經(jīng)濾濾波電波電路濾路濾成成完全完全正弦波，負(fù)

28、載有正弦波，負(fù)載有滯滯后后的的功功率率因因數(shù)。相電壓與相電流的數(shù)。相電壓與相電流的滯滯后后相角為相角為。直直流流側(cè)瞬側(cè)瞬間間輸出功輸出功率率必必然等然等于交于交流流側(cè)側(cè)的的瞬瞬時時輸出功輸出功率：率：僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師=id =cosf = Id3UoIoUd2UoIoUd+cos( w1t -240)cos( w1t-240-f)cosw1tcos( w1t -f)+cos( w1t -120)cos( w1t -120-f)上式上式表表明明，在三相，在三相PWMPWM逆變電逆變電路路中中，直直流電壓流電壓源源提提供供的電流是一個的電流是一個直直流電流。流電流。實際實

29、際中這中這個電流個電流中中還還有有一一些些高頻高頻諧諧波電流。波電流。但因其但因其頻率高，頻率高，對中對中間間直直流電流電壓的壓的影響影響可以可以忽略忽略不不計計。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師Udid (t) = uAn1(t)iA(t)+uBn1(t)iB(t)+uCn1(t)iC(t)若三相負(fù)載平若三相負(fù)載平衡衡、電、電路處路處于于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)uOZUdD1xD2T1+T2Ud/2-ioUd/2+-y+-tT1T2T1T2ttttt以以半橋半橋電電路路為為例例，為，為防止短防止短路路，T1與與T4的的上上升沿升沿都都延遲延遲了了t，即即在在t內(nèi)內(nèi)T1與與T4均均關(guān)斷關(guān)斷。 t稱為

30、稱為僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師橋臂橋臂互鎖互鎖時時間間對對PWMPWM逆變電逆變電路路特特性的性的影響影響電壓電壓源源逆變電逆變電路路是是“縱縱向向”換換流電流電路路。即上即上、下下開開關(guān)關(guān)間間交交換狀態(tài)換狀態(tài)。理理想想情況情況下下T1T2的的開開關(guān)關(guān)可可同同時時進(jìn)行進(jìn)行。但但實際實際上由于開上由于開關(guān)關(guān)需要需要時時間間，必須必須先先關(guān)后關(guān)后開開。即即先先關(guān)斷導(dǎo)關(guān)斷導(dǎo)通通的的開開關(guān)關(guān)，再再導(dǎo)導(dǎo)通應(yīng)當(dāng)通應(yīng)當(dāng)導(dǎo)導(dǎo)通通的的開開關(guān)關(guān)。否否則則會會引引起起系統(tǒng)系統(tǒng)的的短短路路，燒毀燒毀開開關(guān)關(guān)。考查考查圖圖示電示電路路。設(shè)設(shè)原原先先T T1 1導(dǎo)導(dǎo)通通。若負(fù)載電流為。若負(fù)載電流為正正（流

31、流出）出），當(dāng)當(dāng)T T1 1T T4 4均均截止截止時時，則則D D4 4導(dǎo)導(dǎo)通通續(xù)續(xù)流，不流，不產(chǎn)生產(chǎn)生電壓電壓損失損失。與與沒沒有有t時時相比，相比，輸輸出出電壓不變。電壓不變。若若輸出輸出電流為負(fù)，電流為負(fù)，即即負(fù)負(fù)載電流流載電流流入入A相，相，則則D1必必然然導(dǎo)導(dǎo)通通，與，與沒沒有有t時時相比，相比，輸出輸出電壓電壓增增大大。T1T4uA0T1T4uA0ttT1T4UdD1ioD4UU ddDD 11ii ooDD 44A AUU d d2200UU d d22僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師互鎖互鎖時時間間或或死死時時間間。t對對對對PWMPWM逆變電逆變電路路特特性的性的

32、影響影響若若原原先先T T4 4導(dǎo)導(dǎo)通通（信號信號）。若負(fù)載電流為正若負(fù)載電流為正（流流出）出）時時D D4 4實際實際在在導(dǎo)導(dǎo)通通。在。在t 期間期間T T1 1T T4 4均截止均截止，則則D D4 4續(xù)續(xù)流，流，這這會會產(chǎn)生產(chǎn)生電壓電壓損損失失。若若原原先先T T4 4導(dǎo)導(dǎo)通通（信號信號）。若負(fù)載電流為負(fù)若負(fù)載電流為負(fù)（流流入入）時時T T4 4實際實際在在導(dǎo)導(dǎo)通通。在。在t 期間期間T T1 1T T4 4均截止均截止，則則T1T4uA0T1T4UdD1ioD4UdD1ioD4AUd2Ud20T1T4uA0tD D1 1續(xù)續(xù)流，不流，不會會產(chǎn)生產(chǎn)生電壓電壓損損失失。正負(fù)或正負(fù)或方方向向

33、有有關(guān)關(guān)。它它對對PWM逆變電逆變電路路的的影響影響可可用用僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師tiA02UA0uot死死時時間間的的影響影響表表現(xiàn)現(xiàn)在：在：1）輸出）輸出電壓變電壓變小小。2）波形波形畸畸變，不變，不再滿足再滿足SPWM的的規(guī)則規(guī)則，出現(xiàn)出現(xiàn)理理論論分分析中析中沒沒有的有的諧諧波。需要波。需要說說明明的的是，是，當(dāng)開當(dāng)開關(guān)關(guān)頻率頻率越越高高死死時時間間的的影響影響越越大大。所。所以以不不應(yīng)應(yīng)當(dāng)當(dāng)采用采用過過高的高的開開關(guān)關(guān)頻率。頻率。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師用用PWM脈沖列與一個與電流極性有脈沖列與一個與電流極性有關(guān)關(guān)的脈沖列的的脈沖列的疊加疊加來來表

34、示。表示。PWM技術(shù)的優(yōu)化與其它的技術(shù)的優(yōu)化與其它的PWM技術(shù)技術(shù)所所謂謂優(yōu)化優(yōu)化是是指指采用采用某某種種特特殊殊的的處處理方式理方式，使使PWM技技術(shù)術(shù)在在某某個或個或某某些些方面方面有有最好最好的的指指標(biāo)標(biāo)。1）提提高高直直流電壓的流電壓的利利用率用率SPWM的的直直流電壓流電壓利利用率用率差差。這這是是因因為在正弦脈寬為在正弦脈寬調(diào)制調(diào)制時時正弦波的幅值不正弦波的幅值不能能超超過過三角波的幅值，三角波的幅值，即即mama1 1的的原原因因。采用采用“三三次諧次諧波波注入注入法法”。可以可以再再增增大大調(diào)制波的幅值調(diào)制波的幅值而而不不會出現(xiàn)會出現(xiàn)“過過調(diào)制調(diào)制”。雖雖然然橋臂輸出橋臂輸出電

35、壓電壓中中含含有三有三次諧次諧波，波，但但在逆變器在逆變器輸出輸出的的線線電壓波形電壓波形中中，三，三次諧次諧波波被抵消被抵消。采用。采用這這種種方方法法可使可使輸出輸出電壓的基波幅值電壓的基波幅值增增大大，從而從而提提高高了了直直流電壓流電壓利利用率。一用率。一般般3 3次次的幅值的幅值為基波的為基波的1/61/6。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師022）減減小開小開關(guān)關(guān)次次數(shù)數(shù)SPWM時開時開關(guān)關(guān)的頻率的頻率很很高，高，這這表表明明開開關(guān)關(guān)損損耗很耗很大大。系統(tǒng)系統(tǒng)的的效效率率會降低會降低。為。為減少減少開開關(guān)關(guān)頻率，一種稱為頻率，一種稱為“6060度調(diào)制度調(diào)制”的脈寬調(diào)制的脈寬

36、調(diào)制方方法法已已在在大大功功率逆變器率逆變器中應(yīng)中應(yīng)用。用。6060度調(diào)制法是只度調(diào)制法是只對對正弦波的正弦波的中中間間6060 度度進(jìn)行進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制。這這種調(diào)制種調(diào)制方方法法其其基波基波含含量量比比傳統(tǒng)傳統(tǒng)的的SPWMSPWM高，高，無無偶偶諧諧波，波，開開關(guān)關(guān)頻率頻率低低。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師t02tuAuBuCuAOtuBOtuABt3）簡簡化計化計算算SPWM的的計計算算很復(fù)雜很復(fù)雜。通過通過采用采用“規(guī)則規(guī)則采采樣樣”法法可可簡簡化計化計算。算。此此外外還還有有許多許多的的快速快速計計算算方方法。法。如如空空間間電電壓壓矢矢量量、磁鏈軌跡磁鏈軌跡等。等。僅內(nèi)部

37、使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師iOUd1-T1T2D2D1+LuORUd2uo-udio+udiouo僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師電流電流跟蹤跟蹤PWMPWM技術(shù)技術(shù)以以單相單相半橋半橋逆為逆為例例。當(dāng)當(dāng)T T1 1導(dǎo)導(dǎo)通時通時，負(fù)載電流，負(fù)載電流i io o將將按按指指數(shù)數(shù)規(guī)規(guī)律增律增大大，此時此時u uo o=U=Ud1d1。若。若T T2 2導(dǎo)導(dǎo)通時通時，負(fù)載電流，負(fù)載電流i io o將將按按指指數(shù)數(shù)規(guī)規(guī)律律反反向增向增大大，此時此時u uo o= =U Ud2d2。若。若T T1 1T T2 2按按一一定定的的規(guī)則通規(guī)則通、斷斷，則可則可將將i io o控控制為所需

38、要的波形。制為所需要的波形。i a-Ud1*Diia+-T1T4D1+LD4uORUd2uo+ud-ud圖中圖中ia* *是是給給定定參參考考電流，電流，ia是電流是電流反反饋饋信號。信號。當(dāng)當(dāng)T T1 1導(dǎo)導(dǎo)通時通時，U Ud1d1使使電流電流沿沿正正方方向向變變化化；當(dāng)開當(dāng)開關(guān)關(guān)T T4 4通時通時，U Ud2d2使使電流電流迅速衰減迅速衰減到到零零再再反反向增向增大大。如果使如果使電流電流跟蹤跟蹤正弦正弦指指令令變變化化，則則負(fù)載電流負(fù)載電流就就是正弦電流，同是正弦電流，同時時，作用在負(fù)載作用在負(fù)載上上的電壓是脈沖列，稱為電流的電壓是脈沖列，稱為電流跟蹤跟蹤PWMPWM。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部

39、使用 郭小舟老師郭小舟老師這這種種PWMPWM技術(shù)技術(shù)的的特點特點是電是電路路中中產(chǎn)生產(chǎn)生與與控控制制指指令令完全完全相同的電流波形，相同的電流波形，其響其響應(yīng)應(yīng)快快，是一種，是一種典典型型的電壓的電壓源源逆變器的電流逆變器的電流控控制。制。從從負(fù)載負(fù)載上看上看，它它相相當(dāng)于當(dāng)于電流電流源源逆變器。逆變器。因因為為它它可可直直接接控控制負(fù)載電流的制負(fù)載電流的大小大小。特點特點：1 1）開開關(guān)關(guān)頻率與電流脈頻率與電流脈動動量量之之間間的的矛盾矛盾。與。與其它其它PWMPWM不同，電流不同，電流跟蹤跟蹤PWMPWM電流電流總總是波是波動動的，波的，波動動大小大小與與滯滯回回環(huán)環(huán)寬度有寬度有關(guān)關(guān)。滯

40、滯回回環(huán)環(huán)減減小小，電流脈，電流脈動動就就減減小小，但但開開關(guān)關(guān)頻率頻率就就增增高。高。2 2）波形不波形不具具有有周期周期性，性，屬屬于于異步調(diào)制。異步調(diào)制。3 3）實實現(xiàn)現(xiàn)的的方方法法特特別別簡簡單。是一種單。是一種閉閉環(huán)型環(huán)型PWMPWM技術(shù)技術(shù)。滯滯回回比比較較器器：電流：電流跟蹤跟蹤PWMPWM中中的的主主要要部件部件。它它可以可以由由硬硬件實件實現(xiàn)現(xiàn)，也，也可由計可由計算算機機及及軟軟件來實件來實現(xiàn)現(xiàn)。它它的的特特點點是：是：僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師才才由由1變變成成1。當(dāng)當(dāng)輸輸入入信號信號介介于于（，）間）間時時，輸出輸出保持保持原原狀態(tài)狀態(tài)，不，不發(fā)發(fā)生生變變

41、化化。所所以以電流電流跟蹤跟蹤PWMPWM是一種電流是一種電流兩兩態(tài)態(tài)調(diào)制調(diào)制技術(shù)技術(shù)。目目前前，該該技術(shù)技術(shù)在在許多領(lǐng)許多領(lǐng)域都域都有有應(yīng)應(yīng)用。用。磁鏈跟蹤磁鏈跟蹤（磁磁通通軌跡軌跡）PWMPWM技術(shù)技術(shù)該該PWMPWM技術(shù)技術(shù)是將逆變器與電是將逆變器與電機機作為一個作為一個整體整體來來進(jìn)行進(jìn)行分分析析與與處處理理。利利用用“空空間間電壓電壓矢矢量量”的的概念概念，研究研究為為了了得到一個得到一個圓圓形形旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場，應(yīng)當(dāng)如應(yīng)當(dāng)如何控何控制作用在電制作用在電動動機機上上的的“空空間間電壓電壓矢矢量量”。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師只有只有當(dāng)當(dāng)輸輸入入時時輸出輸出才才由由1變

42、變成成1；只有只有當(dāng)當(dāng)輸輸入入時時輸出輸出在三相電在三相電機機中中，如果如果氣隙磁氣隙磁場場是是圓圓形形旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場，則則電電機機有有優(yōu)優(yōu)異的性異的性能能。傳統(tǒng)傳統(tǒng)的的SPWMSPWM技術(shù)技術(shù)就就是要是要產(chǎn)生產(chǎn)生三三相相對對稱的正弦的電壓和電流稱的正弦的電壓和電流從而從而在電在電機機中中產(chǎn)生產(chǎn)生圓圓形形旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場。如果如果磁磁場場是是圓圓形的，逆變器的形的，逆變器的開開關(guān)關(guān)應(yīng)該應(yīng)該如如何控何控制，制，這這是是磁鏈跟蹤磁鏈跟蹤（磁磁通通軌跡軌跡）脈寬調(diào)制要脈寬調(diào)制要解解決決的的問題問題。1)1)空空間間電壓電壓矢矢量量將三相逆變電將三相逆變電路路的的開開關(guān)關(guān)狀態(tài)狀態(tài)用用二進(jìn)二進(jìn)制數(shù)制數(shù)

43、編碼編碼表示。表示。T T1 1T T3 3T T5 5的的導(dǎo)導(dǎo)通通狀態(tài)狀態(tài)用用1 1表示表示而而關(guān)斷關(guān)斷用用0 0表示。表示。編碼編碼用用（S Sa a,S,Sb b,S,Sc c）順序順序。所。所以以，T T162162100100，T T132132110110，T T432432010010，T T435435011011，T T465465001001，T T165165101101。此此外外，T T135135111111，T T246246000000。共共8 8種種狀態(tài)狀態(tài)。正。正好好是是（S Sa a,S,Sb b,S,Sc c）的的完全完全二進(jìn)二進(jìn)制制編碼編碼。僅內(nèi)部使用僅

44、內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師ui(S ASBSC) =dyDyAiAT3T6UdT5T2T1T4iCiBCB當(dāng)當(dāng)逆變電逆變電路路工作工作時時，從從直直流流鍘鍘看過看過去，電去，電機機繞繞組總組總是是二二串串一一并并與與直直流電流電源源相相聯(lián)聯(lián)。電。電機機內(nèi)內(nèi)部產(chǎn)生部產(chǎn)生一個一個大大=rDtrdt小小與與方方向向確確定定的的磁鏈磁鏈：rr r r r r rF2F6F4F5F1ABF3CF0 ，F(xiàn)7僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師u i (S A S B S c ) = U d (S A + S B e)j 240 0j120 0+ S C e壓壓矢矢量可量可用一個用一個公式公式表示

45、表示如如下下：ri=0,1,2,3,4,5,6,72)2)磁鏈軌跡磁鏈軌跡按按開開關(guān)關(guān)工作工作順序順序作作出出磁鏈軌跡磁鏈軌跡，得到，得到一個一個6 6邊邊形。表形。表明明傳統(tǒng)傳統(tǒng)的的180180度逆變度逆變電電路路工作工作時時電電機機內(nèi)內(nèi)的的磁鏈磁鏈不是不是圓圓形形U2U6U5U3U1U4U0U4U5U2U1U60U3U0僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師當(dāng)當(dāng)t為單為單位位值值時時，磁鏈磁鏈增增量量與作用的電壓與作用的電壓大小大小相相等等方方向向相同。相同。由于由于電電機機內(nèi)內(nèi)部部磁鏈磁鏈?zhǔn)鞘鞘甘噶苛?，所，所以以，我我們認(rèn)們認(rèn)為，一為，一系系列的電壓列的電壓矢矢量量產(chǎn)生產(chǎn)生了了磁鏈?zhǔn)?/p>

46、磁鏈?zhǔn)噶苛?。各各電電個為個為輔助矢輔助矢量量。每個。每個區(qū)域區(qū)域U3U4U5U1U6U2（3） （2）（4）（1）（5） （6）僅僅選擇選擇主主、輔輔和和零零矢矢量量作作用。用用。用折折線線來來逼近逼近圓弧圓弧。當(dāng)當(dāng)折折線線邊邊數(shù)數(shù)越越多多，逼近，逼近效效果果越越好好。以以1818邊邊形逼近形逼近圓圓為為例例：僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場。磁磁通通軌跡軌跡PWMPWM是是利利用用這這個個矢矢量量（6 6個個非非零零矢矢量量、二二個個零零矢矢量量）進(jìn)行合）進(jìn)行合理理組合組合，并并調(diào)調(diào)控控選選用用矢矢量量的作用的作用時時間間使使磁鏈軌跡盡磁鏈軌跡盡可能可能地地逼近逼近

47、圓圓形。形。3)3)逼近逼近圓圓形的形的方方法法折折線線逼近法逼近法將將圓圓周周6 6等分，得到等分，得到6 6個個區(qū)域區(qū)域，每個，每個區(qū)域區(qū)域有兩個有兩個矢矢量量相相交交。按順按順時時針針方方向向，第一個為，第一個為主主矢矢量量，第，第二二U4U5U1U6U2（3） （2）（4）（1）（5） （6）U34)4)零零矢矢量量的作用的作用由于由于電電機機的的磁磁通通是個是個已已知知常數(shù)，常數(shù)，它它就就是是磁鏈圓磁鏈圓的的半半徑徑。所。所以當(dāng)邊以當(dāng)邊數(shù)數(shù)確確定定后后，非非零零矢矢量量的作用的作用時時間間就就是是確確定定的。的。通過通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)零零矢矢量量作用的作用的時時間間來來調(diào)節(jié)電調(diào)節(jié)電機機定定

48、子子電流的頻率。電流的頻率。以以1 1區(qū)區(qū)為為例例，使使磁鏈軌跡磁鏈軌跡逼逼迫圓迫圓，應(yīng)當(dāng)應(yīng)當(dāng)讓讓U U5 5與與U U1 1交交替替作作用。用。這樣這樣得到的得到的圖圖形形更接更接近近圓圓形。若作用的形。若作用的次次數(shù)數(shù)越越多多，即圖即圖形的形的邊邊數(shù)數(shù)越越多多，就就越越接接近近圓圓。各各矢矢量量的作用的作用時時間間可可用用幾幾何何法法求求解解。各各種種文獻(xiàn)文獻(xiàn)與與資料資料給給出出了了多多種種計計算算方方法。法。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師零零矢矢量量作用作用時定時定子磁鏈子磁鏈靜靜止止不不動動。選擇零選擇零電壓電壓矢矢量量S S0 0或或S S7 7的的根據(jù)根據(jù)是是空空間間電

49、壓電壓矢矢量量一一次次只只能能移移動動一一個數(shù)個數(shù)字字位位的的距距離離。即即，可以從可以從100100變到變到000000而而不不可可從從110110變到變到000000。當(dāng)當(dāng)空空間間電壓電壓矢矢量量每每次次移移動動兩兩位位或或三三位位數(shù)數(shù)字字距距離離時時，逆變器的，逆變器的輸出輸出電壓脈沖電壓脈沖中就中就會會出現(xiàn)出現(xiàn)反反極性脈沖，極性脈沖，導(dǎo)導(dǎo)致致反反向向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。矩。零零矢矢量可以量可以集集中加中加也也可可分分散施散施加加。為。為防止轉(zhuǎn)防止轉(zhuǎn)矩與矩與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速的的過過分波分波動動多多采用分采用分散施散施加加的的方方法。法。當(dāng)加入零當(dāng)加入零電壓電壓矢矢量量后后，各各矢矢量量的作用的作用順序順序是

50、：是：101101（111111）101101001001（000000）001001。各各矢矢量量作用的作用的時時間間要要通過計通過計算得到。算得到。磁磁通通軌跡軌跡法脈寬調(diào)制有法脈寬調(diào)制有直直流電壓流電壓利利用率高，用率高，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師脈脈動動小小、噪聲噪聲小小、損損耗耗小小等等優(yōu)點優(yōu)點。與。與傳統(tǒng)傳統(tǒng)PWMPWM方式方式相比，相比，計計算工作算工作量小量小，易易于于實實現(xiàn)現(xiàn)。目目前前這這種種方式方式已已經(jīng)經(jīng)取取代代傳統(tǒng)傳統(tǒng)的的SPWMSPWM方式方式廣泛廣泛應(yīng)應(yīng)用。同用。同時應(yīng)時應(yīng)用范圍也用范圍也超超出出了了電電機機驅(qū)驅(qū)動動范圍。范圍。僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師U4U5U3U2U1U6532416與與上上一節(jié)不同，一節(jié)不同，它它的的矢矢量量分分區(qū)區(qū)如圖如圖。主主要是要要是要解解決矢決矢量量的的選擇選擇切切換換與作用與作用時時間間問題問題。參參考考電壓電壓矢矢量量u urefref在在二二維靜維靜止止坐坐標(biāo)標(biāo)系系軸軸、軸軸的分的分量量u u 、 u u 以以及及PWMPWM的的計計算算周期周期為為已已知知量量僅內(nèi)部使用僅內(nèi)部使用 郭小舟老師郭小舟老師空空間間電壓電壓矢矢量量PWMPWM是是借借助空助空間間電壓電壓矢矢量量概念發(fā)概念發(fā)展展