電力電子(第三版)第4章

電力電子學—電力電子變換和控制技術(shù)（第三版）陳堅編著華中科技大學14章直流/交流變換器（逆變器）第四章直流/交流變換器（逆變器）4.1逆變器的類型和性能指標4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5三相逆變電路工作原理4.6大功率逆變電路24章直流/交流變換器（逆變器）第四章直流/交流變換器4.1逆變器的類型和性能指標4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5三相逆變電路工作原理4.6大功率逆變電路34章直流/交流變換器（逆變器）逆變器的類型逆變器輸出波形性能指標4.1逆變器的類型和性能指標44章直流/交流變換器（逆變器）逆變器的類型逆變器輸出波形性能指標4.1逆變器的類型和性能指標54章直流/交流變換器（逆變器）依據(jù)直流電源的特性不同可分為：電壓型逆變器VSI電流型逆變器CSICdLdVSI特點：直流輸入具有電壓源特性，故逆變輸出也呈現(xiàn)電壓源特性。橋臂不可直通，輸出不可短路。CSI特點：直流輸入具有電流源特性，故逆變輸出也呈現(xiàn)電流源特性。橋臂可直通，輸出可短路。CSI應用不廣泛的原因：電感儲能密度小，導致裝置的體積大，笨重。多數(shù)全控器件不具備逆阻特性。64章直流/交流變換器（逆變器）按逆變器電路結(jié)構(gòu)不同分為：單相半橋單相全橋推挽逆變?nèi)鄻蚴紺o2nCo1T1T2D1D2ZaiaVDT3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4b也稱H橋74章直流/交流變換器（逆變器）其它分類方式按輸出電壓不同分為：1.

恒壓恒頻型（CVCF：ConstantVoltageConstantFrequency

）2.

變壓變頻型（VVVF：VariableVoltageVariableFrequency

）3.脈沖電壓（電流）型按開關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式不同分類：1.自關(guān)斷型2.強迫關(guān)斷型3.電網(wǎng)換流型（有源逆變或負載反電動勢換流）4.負載諧振換流型84章直流/交流變換器（逆變器）逆變器的類型逆變器輸出波形性能指標4.1逆變器的類型和性能指標94章直流/交流變換器（逆變器）諧波系數(shù)HF（HarmonicFactor）總諧波系數(shù)THD

（TotalHarmonicDistortion）畸變系數(shù)DF（DistortionFactor）最低次諧波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆變器輸出波形性能指標104章直流/交流變換器（逆變器）諧波系數(shù)HF（HarmonicFactor）總諧波系數(shù)THD

（TotalHarmonicDistortion）畸變系數(shù)DF（DistortionFactor）最低次諧波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆變器輸出波形性能指標114章直流/交流變換器（逆變器）諧波系數(shù)HF諧波系數(shù)定義：第n次諧波分量的有效值和基波分量的有效值之比。定義公式：HFn=Vn/V1無效成份有效成份越小越好意義：

HF表征了某一次諧波含量相對大小。

124章直流/交流變換器（逆變器）諧波系數(shù)HF（HarmonicFactor）總諧波系數(shù)THD

（TotalHarmonicDistortion）畸變系數(shù)DF（DistortionFactor）最低次諧波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆變器輸出波形性能指標134章直流/交流變換器（逆變器）總諧波系數(shù)THDTHD定義：所有非基波分量的有效值與基波分量有效值之比。定義公式：

總無效成份有效成份越小越好理想正弦為零意義：

THD表征了實際波形與理想基波正弦分量的差異程度。

公式變形：

144章直流/交流變換器（逆變器）諧波系數(shù)HF（HarmonicFactor）總諧波系數(shù)THD

（TotalHarmonicDistortion）畸變系數(shù)DF（DistortionFactor）最低次諧波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆變器輸出波形性能指標154章直流/交流變換器（逆變器）畸變系數(shù)DF畸變系數(shù)：各次諧波分量經(jīng)過加權(quán)以后的總有效值與基波有效值之比。加權(quán)的含義：濾波器對不同的頻率分量衰減不同，故濾波后的各諧波分量不再是濾波前的值。應該將濾波器對諧波的衰減效應體現(xiàn)出來。不同類型的濾波器對相同頻率的諧波衰減也不同。DF的意義：評估非正弦周期波形經(jīng)過濾波以后的畸變程度。164章直流/交流變換器（逆變器）DFI：對應一階濾波器DF的定義式DFII：對應一階濾波器第n次諧波經(jīng)過濾波器后，衰減為原來的1/n2第n次諧波經(jīng)過濾波器后，衰減為原來的1/n174章直流/交流變換器（逆變器）諧波系數(shù)HF（HarmonicFactor）總諧波系數(shù)THD

（TotalHarmonicDistortion）畸變系數(shù)DF（DistortionFactor）最低次諧波LOH（Lowest-OrderHarmonic）逆變器輸出波形性能指標184章直流/交流變換器（逆變器）最低次諧波LOH最低次諧波：距離基波頻率最近的諧波關(guān)注LOH的原因：逆變器的濾波器一般具有低通特性，對高次諧波衰減強烈。因此濾波器設計時重點考慮濾波器對最低次諧波的衰減效果。LOH的決定因素：1.調(diào)制方式2.開關(guān)頻率194章直流/交流變換器（逆變器）第四章直流/交流變換器4.1逆變器的類型和性能指標4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5三相逆變電路工作原理4.6大功率逆變電路204章直流/交流變換器（逆變器）4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理單相半橋逆變電路單相全橋逆變電路變壓器中心抽頭推挽逆變電路214章直流/交流變換器（逆變器）4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理單相半橋逆變電路單相全橋逆變電路變壓器中心抽頭推挽逆變電路224章直流/交流變換器（逆變器）單相半橋逆變原理（電阻負載）電容很大，近似認為電容電壓不變。電容相等，電壓均分。T1、T2周期性交替通、斷，產(chǎn)生交變的VanT1驅(qū)動導通時，T2關(guān)斷。2.T2驅(qū)動導通時，T1關(guān)斷Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD234章直流/交流變換器（逆變器）單相半橋逆變原理（純電感負載）T1驅(qū)動導通時，T2關(guān)斷。2.

T2驅(qū)動導通時，T1關(guān)斷電流為什么沒有直流分量？Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD244章直流/交流變換器（逆變器）單相半橋逆變原理（阻感負載）Co2nCo1T1T2D1D2ZaiaVD254章直流/交流變換器（逆變器）4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理單相半橋逆變電路單相全橋逆變電路變壓器中心抽頭推挽逆變電路264章直流/交流變換器（逆變器）單相全橋逆變原理（電阻負載）T1、T4一組，T2、T3一組兩組器件周期性交替通、斷產(chǎn)生交變的VabT1、T4驅(qū)動導通，T2、T3關(guān)斷T2、T3驅(qū)動導通，T1、T4關(guān)斷T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid274章直流/交流變換器（逆變器）單相全橋逆變原理（電感負載）T1、T4通，T2、T3斷時。T2、T3通，T1、T4斷時。iam=VD/4fL

T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid284章直流/交流變換器（逆變器）單相全橋逆變原理（阻感負載）T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid294章直流/交流變換器（逆變器）4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理單相半橋逆變電路單相全橋逆變電路變壓器中心抽頭推挽逆變電路單相全橋逆變原理（阻感負載）304章直流/交流變換器（逆變器）推挽逆變電路僅二個開關(guān)T1、T2輪流導電180度開關(guān)管斷態(tài)電壓高一倍2VD

要輸出變壓器適用于低壓小功率、須隔離的應用314章直流/交流變換器（逆變器）第四章直流/交流變換器4.1逆變器的類型和性能指標4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5三相逆變電路工作原理4.6大功率逆變電路324章直流/交流變換器（逆變器）通過輸入直流調(diào)壓：以上兩種調(diào)壓方式均需要可控的直流輸入334章直流/交流變換器（逆變器）逆變器本身調(diào)壓：180°不可調(diào)壓單脈沖調(diào)制調(diào)壓多脈沖調(diào)制調(diào)壓344章直流/交流變換器（逆變器）單脈沖調(diào)壓方式θNωt0.5VD-0.5VDVan

T1、T2橋臂輸出電壓波形T3、T4橋臂輸出電壓波形ωtVbn0.5VD-0.5VDT1、T2橋臂按180°方式開關(guān)T3、T4橋臂按180°方式開關(guān)兩橋臂驅(qū)動信號錯開θ角Vab=Van-Vbnθ

全橋電路輸出電壓Vab的波形ωtVabVD-VD輸出電壓大小：改變移相角θ，也就調(diào)節(jié)了輸出電壓電壓。故也稱移相調(diào)壓nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bidVD/2354章直流/交流變換器（逆變器）單脈沖調(diào)壓的電壓調(diào)節(jié)特性基波幅值：諧波幅值：輸出電壓大小平滑可調(diào)輸出基波頻率可調(diào)低次諧波幅值大，濾除困難。364章直流/交流變換器（逆變器）第四章直流/交流變換器4.1逆變器的類型和性能指標4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3單相逆變器單脈波脈沖寬度控制4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)4.5三相逆變電路工作原理4.6大功率逆變電路374章直流/交流變換器（逆變器）4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)

SPWM基本原理雙極性SPWM調(diào)制單極性SPWM調(diào)制規(guī)則采樣SPWMSPWM的諧波特性384章直流/交流變換器（逆變器）4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)

SPWM基本原理雙極性SPWM調(diào)制單極性SPWM調(diào)制規(guī)則采樣SPWMSPWM的諧波特性指定諧波消除調(diào)制394章直流/交流變換器（逆變器）沖量等效原理大小、波形不相同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時，只要它們的沖量（面積），即變量對時間的積分相等，其作用效果相同。換而言之，無論沖量的表現(xiàn)形式如何，只要是沖量等效的脈沖作用在慣性系統(tǒng)上，慣性系統(tǒng)的輸出或響應是基本相同的。正弦形電壓正弦電流正弦等效窄脈沖序列正弦電流404章直流/交流變換器（逆變器）基于沖量等效原理的直接SPWMαKDK按正弦規(guī)律變化，故脈沖面積按正弦規(guī)律變化M：調(diào)制比輸出電壓基波與M成正比：414章直流/交流變換器（逆變器）4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)

SPWM基本原理

雙極性SPWM調(diào)制單極性SPWM調(diào)制規(guī)則采樣SPWMSPWM的諧波特性指定諧波消除調(diào)制424章直流/交流變換器（逆變器）雙極性SPWM脈沖生成T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid434章直流/交流變換器（逆變器）雙極性SPWM的脈沖面積T3T4D3D4ZaiaVDT1D1T4D4bid444章直流/交流變換器（逆變器）雙極性SPWM的特性基波特性：基波大小與調(diào)制比M成正比諧波波特性：消除了低次諧波，3,5,7….等次諧波沒有了。LOH在開關(guān)頻率附近，載波比N越大，LOH越高，有利于濾波。諧波幅值可以與基波相比較甚至更大。（THD會如何？）如果M大于1會怎樣？454章直流/交流變換器（逆變器）SPWM的優(yōu)點00.5π-101π1.5π2π0.4πTHD=65.5%V1m=0.748VD單脈沖寬度調(diào)制濾波前波形10-100.5ππ1.5π2πTHD=160%V1m=0.748VDN=50雙極性SPWM濾波前波形3Ω2mH50μf由于SPWM的諧波頻率高，濾波器對其有強烈的衰減作用單脈沖寬度調(diào)制濾波后波形0.5π2π0-101πTHD=52.4%V1m=0.74VD1.5πTHD=4.83%V1m=0.74VD0.8-0.8000.5ππ2π雙極性SPWM濾波后波形1.5π464章直流/交流變換器（逆變器）4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)

SPWM基本原理雙極性SPWM調(diào)制單極性SPWM調(diào)制規(guī)則采樣SPWMSPWM的諧波特性指定諧波消除調(diào)制474章直流/交流變換器（逆變器）單極性SPWM脈沖生成nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bidVD/2484章直流/交流變換器（逆變器）單極性SPWM脈沖面積nT3T4D3D4ZaiaVD/2T1D1T4D4bidVD/2494章直流/交流變換器（逆變器）單極性SPWM特點N=7時，基波與諧波相對值基波特性：基波大小與調(diào)制比M成正比諧波波特性：消除了低次諧波，3,5,7….等次諧波沒有了。諧波幅值仍然可以與基波相比較甚至更大。LOH在兩倍開關(guān)頻率附近，比雙極性SPWM優(yōu)越。最低次諧波頻率提高一倍，相當于單極性調(diào)制兩倍開關(guān)頻率的效果，所以也稱單極倍頻SPWM。504章直流/交流變換器（逆變器）4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)

SPWM基本原理雙極性SPWM調(diào)制單極性SPWM調(diào)制

規(guī)則采樣SPWMSPWM的諧波特性指定諧波消除調(diào)制514章直流/交流變換器（逆變器）規(guī)則采樣SPWM，

，

不對稱規(guī)則采樣：對稱規(guī)則采樣：差異：不對稱規(guī)則采樣的脈寬計算量、采樣頻率是對稱規(guī)則采樣的2倍不對稱調(diào)制的采樣頻率是開關(guān)頻率的2倍。不對稱規(guī)則采樣的諧波比對稱規(guī)則采樣小。524章直流/交流變換器（逆變器）4.4正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)

SPWM基本原理雙極性SPWM調(diào)制單極性SPWM調(diào)制

規(guī)則采樣SPWMSPWM的諧波特性指定諧波消除調(diào)制534章直流/交流變換器（逆變器）雙極性SPWM諧波特性基波的頻率、相位均與調(diào)制波或參考波相同，基波幅值為MVD。輸出波形不含載波偶次倍頻諧波。諧波間隔為兩倍基波頻率，奇次載頻兩側(cè)為偶此邊帶諧波，偶次載頻兩側(cè)為奇次邊帶諧波。0