第六章无源逆变课件.ppt

1、无源逆变6 16.1无源逆变电路的基本原理无源逆变电路的基本原理6.3三相逆变器工作原理三相逆变器工作原理6.4PWM控制技术控制技术6.5逆变器输出的其它控制方法逆变器输出的其它控制方法无源逆变6 2 无源逆变无源逆变直流直流 交流（向负载直接供电）交流（向负载直接供电） 无源逆变电路简称无源逆变电路简称逆变电路逆变电路通常由全控器件构成通常由全控器件构成 逆变器与变频器逆变器与变频器 逆变电路经常与变频的概念联系在一起逆变电路经常与变频的概念联系在一起 变频电路分为交交变频和交直交变频两种变频电路分为交交变频和交直交变频两种 交直交变频由交直变换和直交变换两部分交直交变频由交直变换和直交变

2、换两部分组成，后一部分就是逆变组成，后一部分就是逆变 各种功率等级各种功率等级无源逆变6 3 无源逆变技术的应用无源逆变技术的应用直流电源如蓄直流电源如蓄电池、干电池电池、干电池和太阳能电池和太阳能电池逆变电路交流负载供电交流负载供电直流电源给交流负载供电直流电源给交流负载供电无源逆变6 4交流电源：交流电源：如列车照明、感应加热电源、如列车照明、感应加热电源、电解电镀电源、不停电电源（电解电镀电源、不停电电源（UPS）、高频）、高频焊机、高频电子镇流器和航空电源等焊机、高频电子镇流器和航空电源等 。 无源逆变技术的应用无源逆变技术的应用交流调速系统：交流调速系统：如铁道如铁道牵引、大型工矿机

3、车、牵引、大型工矿机车、城市有轨交通（地铁和城市有轨交通（地铁和轻轨车）、重型电传动轻轨车）、重型电传动汽车和矿井提升设备等。汽车和矿井提升设备等。RO1 Brake Control+24VBrake Resistor无源逆变6 5 按电路结构分类按电路结构分类 桥式桥式 零式零式 按输出相数分类按输出相数分类 单相单相 多相多相 按器件分类按器件分类 半控型半控型 全控型全控型 按导通的角度分类按导通的角度分类 180 120 按强迫换流的特点按强迫换流的特点 谐振型谐振型 并联电容型等并联电容型等 按调制方法分类按调制方法分类 PWM PAM 方波、阶梯波方波、阶梯波无源逆变6 6 按直流

4、侧电源的性质分类（常用此分类）按直流侧电源的性质分类（常用此分类） 电压型逆变器电压型逆变器 电流型逆变器电流型逆变器无源逆变6 76 . 1 . 1 单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路 工作原理工作原理 T1、T2轮流导通轮流导通 T1导通、导通、T2截止：截止：uan= UD/2 T1截止、截止、T2导通：导通：uan= -UD/2 波形分析波形分析无源逆变6 8结论：结论： T1、T2轮流导通，使轮流导通，使直流直流 交流交流 改变改变T1、T2切换频率，便可改变输出交切换频率，便可改变输出交流电的频率流电的频率变频变频。 与输出电压同方向的电流流过与输出电压同方向的电流流过T，反方向，反

5、方向电流流过电流流过D，因此在电压型逆变器中，因此在电压型逆变器中D是是必须的，它提供了反向电流通路，称为必须的，它提供了反向电流通路，称为反馈二极管反馈二极管。同时。同时D又起着使负载电流连又起着使负载电流连续的作用，因此又称续的作用，因此又称续流二极管续流二极管。 T1、T2不能同时导通，否则将出现直流不能同时导通，否则将出现直流电源短路电源短路贯穿短路贯穿短路。因此电压型逆。因此电压型逆变器同一桥臂上、下管的控制必须遵循变器同一桥臂上、下管的控制必须遵循“先断后开先断后开”原则。原则。无源逆变6 9 基本关系基本关系 输出电压表达式输出电压表达式 基波电压有效值基波电压有效值 电感负载电

6、流峰值电感负载电流峰值 R- L负载电流基波负载电流基波分量分量5 , 3 , 1sin2nDantnnUuDDUUU45. 0221)sin()(2)(221tLRUtiZLfUiDZm08/无源逆变6 10 电路结构电路结构 工作原理工作原理 与半桥逆变电路相同与半桥逆变电路相同 T1 、T4导通、导通、T2 、T3截止：截止：Uan= UD T1 、T4截止、截止、T2 、T3导通：导通： Uan= - UD 波形分析波形分析ZT3T4iZD3D4(a)电路O驱动T2uan图6.2单相全桥逆变电路及电压、电流波形bT1T2D1D2aUD驱动T1、 T4O、 T3驱动T1、 T4(b)负载

7、电压(c)电阻负载电流波形iZO(d)电感负载电流波形iZT0/4T /20T0/43T0L负载R负载D1D4T1T4D2T2D3T3OiZT1T4D1D4D2D3T2T32RL负载(e)R-L负载电流波形无源逆变6 11 基本关系基本关系 输出电压表达式输出电压表达式 基波电压有效值基波电压有效值 电感负载电流峰电感负载电流峰值值 R-L负载电流负载电流5 , 3 , 1sin4)(nDabtnnUtuDDUUU9 . 0241LfUiDZm04/5 , 3 , 11)sin(nnnmZtnnZUi无源逆变6 121、单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路 在单相逆变电路中，全桥逆变电路应用最多。

8、在单相逆变电路中，全桥逆变电路应用最多。2、单相半桥逆变电路、单相半桥逆变电路 结构简单，所用器件比全桥电路少一半。结构简单，所用器件比全桥电路少一半。 但输但输出交流电压幅值低，且直流侧需要两个电容串出交流电压幅值低，且直流侧需要两个电容串联，工作时需要控制两个电容器电压的均衡。联，工作时需要控制两个电容器电压的均衡。 应用场合：常用于几应用场合：常用于几KW以下的小功率逆变电以下的小功率逆变电源。源。无源逆变6 136 . 3 . 1 三相电压型逆变器工作原理三相电压型逆变器工作原理 电路结构电路结构 根据各管导通根据各管导通 时间分：时间分： 180 导通型导通型 120 导通型导通型

9、负载连接方式负载连接方式 型连接型连接 Y型连接型连接图6.7电压型三相桥式逆变器电路原理图ZaZbZcD1D3D5D4D6D2T1T3T5T4T6T2nUDabc无源逆变6 14 触发脉冲触发脉冲 各管导通各管导通180 依次相差依次相差60 任何时刻有三个任何时刻有三个 开关管同时导通开关管同时导通 导通顺序导通顺序 六个阶段六个阶段OUG1 tOUG2 tOUG3 tOUG4 tOUG5 tOUG6 tT12T2T3T4T5T6 图6.7电压型三相桥式逆变器电路原理图ZaZbZcD1D3D5D4D6D2T1T3T5T4T6T2nUDabc无源逆变6 15 各阶段的等值电路及电压值各阶段的

10、等值电路及电压值图6.7电压型三相桥式逆变器电路原理图ZaZbZcD1D3D5D4D6D2T1T3T5T4T6T2nUDabc无源逆变6 16 相电压波形相电压波形 （六阶梯波）（六阶梯波） 线电压波形（矩形波）线电压波形（矩形波）电压型逆变器：电压型逆变器： 输出电压波形与负载性质（负载阻抗角）无关。输出电压波形与负载性质（负载阻抗角）无关。无源逆变6 17 电压表达式电压表达式 相电压表达式相电压表达式 线电压表达式线电压表达式2111(sinsin5sin7sin11.)5711anduUtttt2 3111(sinsin5sin7sin11.)5711abduUtttt方波控制时：方波

11、控制时： 输出电压中含有大量的谐波分量，输出电压中含有大量的谐波分量，特别是特别是 5、7、11、13次谐波！次谐波！无源逆变6 18 电压表达式电压表达式（续）（续） 相电压有效值相电压有效值 线电压有效值线电压有效值2221420.47123333ddandUUUU24()0.81623abddUUU方波控制时：方波控制时： 交流输出电压与直流侧电压的关系固定，即方波输出电交流输出电压与直流侧电压的关系固定，即方波输出电压型逆变器本身不能调节输出电压。若想调节输出电压，压型逆变器本身不能调节输出电压。若想调节输出电压，只有通过调节直流侧电压，即通过只有通过调节直流侧电压，即通过PAM控制方

12、式实现。控制方式实现。无源逆变6 19 感性负载电流感性负载电流 负载电流滞后角小于负载电流滞后角小于60 （a）A相电压波形相电压波形Uanan（b b）A A相电流波形相电流波形i ianan（c c）T T1 1的电流波形的电流波形i iT1T1（d d）D D4 4的电流波形的电流波形i iD4D4（e e）直流输入电流）直流输入电流i id d无源逆变6 20 电压波形电压波形 相电压波形相电压波形 线电压波形线电压波形无源逆变6 21 180 导通方式和导通方式和 120 导通方式的比较：导通方式的比较： 120 方式上下两管间有方式上下两管间有60 的间隙，对换的间隙，对换流有利

13、，但是管子的利用率低，且若采用流有利，但是管子的利用率低，且若采用星形接法，则始终有一相断开，在换流时星形接法，则始终有一相断开，在换流时会引起较高的感应电势，而会引起较高的感应电势，而180 方式无论方式无论在三角形还是星形接法时，正常工作都不在三角形还是星形接法时，正常工作都不会产生过电压，故会产生过电压，故180 方式应用较为普遍。方式应用较为普遍。无源逆变6 22 电动机负载工作在发电机状态时，其发出的电能电动机负载工作在发电机状态时，其发出的电能通过逆变器电路中的反馈二极管通过逆变器电路中的反馈二极管 D1D6 回馈到直回馈到直流侧，使直流侧电压流侧，使直流侧电压UD升高升高 为限制

14、为限制UD ，必需将回馈的电能消耗掉或回馈到电，必需将回馈的电能消耗掉或回馈到电网，具体方案有：网，具体方案有： 通过制动单元消耗掉通过制动单元消耗掉 通过有源逆变桥回馈到电网（见再生方案通过有源逆变桥回馈到电网（见再生方案1） 通过脉冲整流器回馈到电网（见再生方案通过脉冲整流器回馈到电网（见再生方案2）无源逆变6 23 再生方案再生方案1 四象限运行四象限运行 功率因数低功率因数低 谐波电流大谐波电流大 主电路复杂主电路复杂无源逆变6 24 再生方案再生方案2 四象限运行四象限运行 功率因数高功率因数高（接近于（接近于1） 谐波电流小谐波电流小 控制较复杂控制较复杂LALBLCABC三相脉冲

15、整流器平波电容无源逆变电机图6.13逆变器/电机系统的再生运行方案二M无源逆变6 25 电路结构：电路结构： 逆变器的供电电源为电流源逆变器的供电电源为电流源无源逆变6 26（a）电流型三相逆变电路原理图ZaZbZnIDLDT3T4T6T2T5abcT1D1D3D5D4D6D2UDiaibic1C2C3C电流型逆变器：电流型逆变器： 带感性负载时，输出侧必须接电容以吸收换流时负载带感性负载时，输出侧必须接电容以吸收换流时负载电感中存置的能量。电感中存置的能量。 桥臂必须是桥臂必须是“逆阻型逆阻型”桥臂。桥臂。无源逆变6 27 触发脉冲：触发脉冲：（ 1200导电方式导电方式）OUG1T1OG2

16、OG3OG4OG5T1T2T3T4T5OG6T6T62 22T2T3T42T52T62UUUUU无源逆变6 28 工作原理及主要波形：工作原理及主要波形： 线电流波形线电流波形 负载负载型连接时的相电流波形型连接时的相电流波形图6.12电流型三相逆变电路及其波形（b）驱动信号和电流波形（120导电类型）OiaOibOicOiab2 t2ID22输出电流波形与负载性质（负载阻抗角）无关！输出电流波形与负载性质（负载阻抗角）无关！无源逆变6 29图6.13由相控整流器供电的交直交变换系统MC1C2C3T1T3T5T4T6T2LDABCabc晶闸管整流器直流滤波电流型逆变器滤波电机无源逆变6 30

17、由于有大电感抑流，短路的危险性也比电压型由于有大电感抑流，短路的危险性也比电压型逆变器小得多。电路对功率器件关断时间（即逆变器小得多。电路对功率器件关断时间（即功率器件快速性）的要求比电压型逆变器的要功率器件快速性）的要求比电压型逆变器的要求低，电路相对电压型也比较简单，造价略低。求低，电路相对电压型也比较简单，造价略低。 不需要增设反并联的再生变流装置。不需要增设反并联的再生变流装置。 电感重量、体积都很大电感重量、体积都很大 ，实际使用不如电压型，实际使用不如电压型逆变器广泛。逆变器广泛。 无源逆变6 31电压型逆变器与电流型逆变器特点比较：电压型逆变器与电流型逆变器特点比较： 直流侧电路

18、直流侧电路 桥臂桥臂 桥臂控制桥臂控制 交流输出电路交流输出电路 交流输出电压、电流与负载性质是否有关交流输出电压、电流与负载性质是否有关 有功功率反馈有功功率反馈无源逆变6 32 方波型逆变器的问题方波型逆变器的问题 本身不能调节输出电本身不能调节输出电压幅值压幅值 输出电压中含有大量输出电压中含有大量的的5、7、11次谐波次谐波 解决方法解决方法 采用采用PWM控制技术控制技术 本节主要讨论电压型逆本节主要讨论电压型逆变器的变器的 PWM 控制方法控制方法无源逆变6 33 PWMPWM控制的思想控制的思想源于通信技术源于通信技术，全控型器件的发，全控型器件的发展展 使得实现使得实现PWMP

19、WM控制变得十分容易。控制变得十分容易。 PWMPWM技术的技术的应用十分广泛应用十分广泛，它使电力电子装置的，它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。上占有十分重要的地位。 PWMPWM控制技术正是有赖于在控制技术正是有赖于在逆变电路逆变电路中的成功应中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了现在使用的各种逆变电路都采用了PWMPWM技术。技术。无源逆变6 34 冲量等效原理冲量等效原理 （面积等效原理）：（面积等效原理）：冲量

20、相等而冲量相等而形状不同的形状不同的窄脉冲窄脉冲作用于惯性系统时，其效果作用于惯性系统时，其效果基本相同基本相同 。 0000ttttf(t)f(t)f(t)f(t)(t)图6.17 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲（a）矩形脉冲 （b）三角形脉冲 （c）正弦半波脉冲 （d）单位脉冲函数无源逆变6 35 目标函数目标函数正弦输出电压正弦输出电压 使脉冲列的作用效果尽量接近于正弦波的作用效使脉冲列的作用效果尽量接近于正弦波的作用效果果 基本原理基本原理 根据冲量等效原理，根据冲量等效原理，用一组幅值相等、宽度用一组幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲按正弦规律变化的脉冲列来代替正弦波列来代替正弦波

21、改变各脉冲的宽度改变各脉冲的宽度和变化周期即可改变等和变化周期即可改变等效正弦波的幅值和频率效正弦波的幅值和频率0tu0tu图6.19 与正弦波等效的等幅矩形脉冲序列波（b）（a）无源逆变6 36Ou t 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ou tOu t无源逆变6 37Ou t 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波SPWM波若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。Ou tOu tOu t无源逆变6 383、SPWM的控制方法的控制方法 离线离线计算法计算法根据输出正弦波的频率、幅根据输出正弦波的频率、幅值和半个周期内的脉冲数计算值和半个周期内的脉冲数计

22、算PWM波各脉冲波各脉冲的宽度和间隔。的宽度和间隔。 缺点：计算量大，繁琐。缺点：计算量大，繁琐。 调制法调制法将目标涵数（波形）作为调制信将目标涵数（波形）作为调制信号，通过对载波的调制得到号，通过对载波的调制得到PWM波形。波形。 一般用等腰三角形波作为载波；一般用等腰三角形波作为载波； 根据输出电压波形的极性可分为单极性（或不对根据输出电压波形的极性可分为单极性（或不对称）调制和双极性（或对称）调制。称）调制和双极性（或对称）调制。无源逆变6 391. 单极性调制单极性调制 正半周：正半周：T1导通，导通，T4交替通断，交替通断，T2、T3截止截止 负半周：负半周：T2导通，导通，T3交

23、替通断，交替通断，T1、T4截止截止uoD3D4bD1D2UDT3T4T1T2aRL调制电路uruc调制波载波图6.18 单相桥式PWM逆变电路0tu图6.19 单极性PWM控制方式原理0tcuruofuououDU12in21i无源逆变6 40 2. 双极性调制双极性调制 同一桥臂上的两同一桥臂上的两个管子处于互补个管子处于互补工作状态工作状态 uruc时：时：T1、T4导通，导通，uo= UD uruc时：时：T2、T3导通，导通，uo= - UD0tu图6.20 双极性PWM控制原理0tcuruofuououDUD-U无源逆变6 41 三相逆变器一般采用双三相逆变器一般采用双极性调制极性

24、调制 在双极性调制中，上下在双极性调制中，上下桥臂互补工作。为了防桥臂互补工作。为了防止桥臂直通短路，一个止桥臂直通短路，一个管子关断后，管子关断后， 再延迟再延迟t 时间，才开通另一时间，才开通另一个管子，个管子， t 称为死区称为死区时间。时间。 死区时间给输出的死区时间给输出的PWM波形带来影响，使其偏波形带来影响，使其偏离正弦波。离正弦波。0u图6.21 三相PWM逆变电路及波形0tcurauaouD1/2UtD-1/2U0tbourburcu0tcou0tabuDUD-U(b)D1/2UD1/2U-1/2UD-1/2UD无源逆变6 42 数学分析数学分析 结论一：输出基波电压幅值结论

25、一：输出基波电压幅值U1m与脉宽与脉宽 i有关，调节参考信有关，调节参考信号的幅值可以改变各脉冲的宽度，实现对逆变器输出电压号的幅值可以改变各脉冲的宽度，实现对逆变器输出电压基波的平滑调节。基波的平滑调节。 （前提条件：（前提条件：n不太少，不太少，sin /2n /2n，sin i/2 i/2） 结论二：脉冲宽度与该处正弦值近似成正比。输出的结论二：脉冲宽度与该处正弦值近似成正比。输出的SPWM波是两侧窄、中间宽、脉宽按正弦规律逐渐变化的波是两侧窄、中间宽、脉宽按正弦规律逐渐变化的序列脉冲波形。序列脉冲波形。 结论三：结论三：SPWM逆变器输出的基波电压正是调制时所要求逆变器输出的基波电压正

26、是调制时所要求的等效正弦波。的等效正弦波。 无源逆变6 43 在电压型逆变器输出的在电压型逆变器输出的SPWM电压波形中对负载有用电压波形中对负载有用的只是基波电压，谐波电压在负载上产生谐波电流，的只是基波电压，谐波电压在负载上产生谐波电流，只会给负载带来负面影响，如产生谐波损耗、噪音、只会给负载带来负面影响，如产生谐波损耗、噪音、脉动转矩。因此脉动转矩。因此基波电压越大越好基波电压越大越好。 可以证明当可以证明当n 较大时，较大时，SPWM电压波形的基波电压与电压波形的基波电压与调制信号调制信号ur的幅值近视成正比，因此的幅值近视成正比，因此调节调节ur的幅值便的幅值便可控制基波电压的幅值。

27、可控制基波电压的幅值。 调节调节ur的频率便可控制基波电压的频率的频率便可控制基波电压的频率。 无源逆变6 44 PWM控制中两个重要定义：控制中两个重要定义： 载波比：载波比： 调制比：调制比： （调制深度）（调制深度） 载波比载波比 N 受开关器件开关频率和损耗的限制：受开关器件开关频率和损耗的限制： 调制比调制比 M 受最小脉宽与最小间歇的限制受最小脉宽与最小间歇的限制 最高的正弦调制频率率开关器件的允许开关频 NrcffN cmrmUUM 无源逆变6 451. 同步调制同步调制 ：在变频输出过程中，载波比在变频输出过程中，载波比 N不变，不变，载波信号与调制波信号保持同步的调制方式。载

28、波信号与调制波信号保持同步的调制方式。 即即开关频率与输出频率同比例变化。开关频率与输出频率同比例变化。 优点：波形对称性好。优点：波形对称性好。当当 N 为奇数时，输出波为奇数时，输出波形正、负半周对称；当形正、负半周对称；当N为为3的倍数时，三相输的倍数时，三相输出波形对称，相互之间保持出波形对称，相互之间保持 120 相位移。相位移。 缺点：低频时谐波大。缺点：低频时谐波大。当输出频率很低时，开当输出频率很低时，开关频率也随之降低，谐波显著增加，使负载电关频率也随之降低，谐波显著增加，使负载电机产生较大的脉动转矩和噪声。机产生较大的脉动转矩和噪声。 无源逆变6 460u图6.21 三相P

29、WM逆变电路及波形0tcurauaouD1/2UtD-1/2U0tbourburcu0tcou0tabuDUD-U(b)D1/2UD1/2U-1/2UD-1/2UDrcffN 无源逆变6 472. 异步调制异步调制 ：在变频输出过程中，载波频率在变频输出过程中，载波频率fc不变，不变，载波比载波比 N 随输出频率的降低而增大。随输出频率的降低而增大。 优点：低频特性好。优点：低频特性好。减少负载电机的转距脉动减少负载电机的转距脉动与噪声，改善低频工作性能。与噪声，改善低频工作性能。 缺点：波形对称性差。缺点：波形对称性差。N连续变化，当连续变化，当N不等于不等于整数及三的倍数时，输出正负不对称

30、，三相不整数及三的倍数时，输出正负不对称，三相不对称，会产生次谐波。要求开关频率较高。对称，会产生次谐波。要求开关频率较高。 无源逆变6 48010203040506070800.40.81.21.62.02.42101479969453321图6.24 分段同步调试方式举例rf (Hz)cf (kHz) 3. 分段同步调制：分段同步调制：把变频范围划分成若干频段，每个把变频范围划分成若干频段，每个频段内都维持载波比频段内都维持载波比N恒定，不同频段取不同的恒定，不同频段取不同的N值。值。 分段同步要注意的问题：分段同步要注意的问题： 各段载波比均取各段载波比均取3的奇的奇数倍；数倍； 各频率

31、切换点采用滞后各频率切换点采用滞后切换的方法切换的方法 ； 尽量减小在频率切换点尽量减小在频率切换点处因载波比的变化而造处因载波比的变化而造成的输出电压冲击。成的输出电压冲击。无源逆变6 49 SPWM波形具体生成方式有：波形具体生成方式有： 模拟控制模拟控制 生成方式生成方式 特点：实时性好，但控制电路复杂，可靠性差特点：实时性好，但控制电路复杂，可靠性差 数字控制数字控制 （微机）生成方式（包括专用芯（微机）生成方式（包括专用芯片实现）片实现） 特点：控制电路简单、可靠特点：控制电路简单、可靠 目前最常用的生成方式目前最常用的生成方式无源逆变6 50 自然采样法：自然采样法： 按照正弦调制

32、波与三按照正弦调制波与三角载波的自然交点，角载波的自然交点，采集脉冲前、后沿时采集脉冲前、后沿时刻，生成刻，生成SPWM波形，波形，叫做自然采样法。叫做自然采样法。（Natural Sampling） 1t2t2t1t3TcttABtAtB图6.25生成SPWM波形的自然采样法M sin1tt2无源逆变6 51 自然采样法脉宽计算自然采样法脉宽计算21sin12/2ttMTAc BActtMTttt11222sinsin212 21sin12/2ttMTBc 超越方程，求解困难！虽能确切反映正弦脉宽超越方程，求解困难！虽能确切反映正弦脉宽调制的原始方法，却不适于微机实时控制。调制的原始方法，却

33、不适于微机实时控制。无源逆变6 52 规则采样法：规则采样法：按照某种规则采集脉冲前、后沿时刻，生按照某种规则采集脉冲前、后沿时刻，生成成SPWM波形，叫做规则采样法（波形，叫做规则采样法（Regular Sampling）。）。 t1t3TcttABtet2t1t3TcttABtd图6.26生成SPWM波形的规则采样法urdDt2E(a) 规则采样法(b) 规则采样法ure(a)(b)无源逆变6 53 规则采样法规则采样法II脉宽计算脉宽计算)235(sin1212ectMTt)246(21231tTttc规则采样法的实质是用阶梯波来代替正弦波，从而规则采样法的实质是用阶梯波来代替正弦波，从

34、而简化了算法，适合微机实时控制。简化了算法，适合微机实时控制。 无源逆变6 546.5.1电流跟踪控制电流跟踪控制PWM 目标函数目标函数正弦电流正弦电流 使实际输出电流尽量接近正弦参考电流使实际输出电流尽量接近正弦参考电流 电流跟踪控制的方法很多，最基本的方法是电电流跟踪控制的方法很多，最基本的方法是电流流滞环滞环跟踪控制跟踪控制 ，其它方法都是对，其它方法都是对滞环滞环跟踪控跟踪控制制 的改进的改进无源逆变6 55 电流滞环跟踪控制的原理电流滞环跟踪控制的原理 设定参考电流设定参考电流i i* *环及环宽环及环宽2h 将实际电流将实际电流i i与参考电流与参考电流i i* *比较比较 根据

35、比较结果控制上、下桥臂根据比较结果控制上、下桥臂 图6.29电流滞环跟踪控制的一相原理图ia*2hi+-VDT1T41-iaEaAD1D4O tO t+0.5VD-0.5VDPWM电压波形t1t2t0t1t2(b)(a)图6.30电流滞环跟踪控制时电流波形与PWM电压波形（a）电流滞环跟踪控制时电流波形（b）PWM电压波形2hia=f(t)ia=f(t)*无源逆变6 56 电流滞环跟踪控制的特点电流滞环跟踪控制的特点 属于闭环控制（跟踪型属于闭环控制（跟踪型PWM控制的共同特点控制的共同特点 控制电路简单控制电路简单 电流响应快电流响应快 不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波不用载波，输

36、出电压波形中不含特定频率的谐波 电流控制的精度与滞环比较器的环宽有关电流控制的精度与滞环比较器的环宽有关 环宽大：谐波电流分量大，但开关频率低；环宽大：谐波电流分量大，但开关频率低； 环宽小：谐波电流分量小，但开关频率高。环宽小：谐波电流分量小，但开关频率高。 开关频率开关频率 不固定不固定无源逆变6 57 影响开关频率的因素影响开关频率的因素)336(24112221DaDchLVdtdiLEVttf 开关频率开关频率fc与环宽与环宽2h成反比成反比; 负载电感负载电感L越大，越大， fc越小；越小； 直流侧电压直流侧电压VD值越大，值越大， fc越大越大; 参考电流参考电流i i* *的变

37、化率越大，的变化率越大， fc越小；越小； 负载反电势负载反电势Ea越大，越大， fc越小。越小。无源逆变6 58 PWM控制技术在电力电子领域有着广泛的应用，它推控制技术在电力电子领域有着广泛的应用，它推动了电力电子技术的发展动了电力电子技术的发展 谐波消除谐波消除PWM技术技术在晶闸管逆变器上用得较多，它较在晶闸管逆变器上用得较多，它较好地解决了在开关频率不高的情况下消除危害最严重好地解决了在开关频率不高的情况下消除危害最严重的谐波的问题的谐波的问题 电流跟踪控制电流跟踪控制PWM技术技术要求功率开关器件具有较高的要求功率开关器件具有较高的开关频率，通常只用在开关频率，通常只用在IGBT逆

38、变器上。逆变器上。 SPWM技术技术和和电压空间矢量电压空间矢量PWM技术技术是目前最通用的是目前最通用的PWM技术，相比而言，技术，相比而言，电压空间矢量电压空间矢量PWM技术技术更有更有发展前途。发展前途。 重点掌握重点掌握SPWM技术技术无源逆变6 596-1 无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？6-2 电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？6-3 三相电压型逆变电路，三相电压型逆变电路，180导通方式，导通方式，Ud=500V，求输出相电压的有效值求输出相电压的有效值Uan和基波有效值和基波有效值Uan1，输

39、出线，输出线电压的有效值电压的有效值Uab、基波有效值、基波有效值Uab1 和和 5 次谐波有效值次谐波有效值Uab5。6-4 在逆变器中为什么要采用在逆变器中为什么要采用PWM技术？技术？无源逆变6 606-5 IGBT三相电压型无源逆变电路，工作在三相电压型无源逆变电路，工作在180导通方式导通方式下，带电阻电感负载，画出完整的主电路图，以及在负载下，带电阻电感负载，画出完整的主电路图，以及在负载阻抗角阻抗角 60情况下的输出电压情况下的输出电压uan、uab、输出电流、输出电流 ia、开关电流开关电流iT1、iD4 、直流侧电流、直流侧电流 id 的波形。的波形。6-6 单极性和双极性单

40、极性和双极性PWM调制有什么区别？单相逆变器和调制有什么区别？单相逆变器和三相逆变器分别可采用什么调制方法？三相逆变器分别可采用什么调制方法？6-7 载波比和调制比如何定义？是不是越大越好？分别受什载波比和调制比如何定义？是不是越大越好？分别受什么因素限制？它们与输出电压和输出频率有何关系？么因素限制？它们与输出电压和输出频率有何关系？6-8 什么是同步调制？什么是异步调制？二者各有何特点？什么是同步调制？什么是异步调制？二者各有何特点？分段同步调制有什么优点？分段同步调制有什么优点？无源逆变6 616-9 三相电压型逆变器，当采用三相电压型逆变器，当采用PWM控制时，分频比控制时，分频比N为

41、什么要取的倍数？为什么要取奇数？为什么要取的倍数？为什么要取奇数？6-10 什么是自然采样法？什么是规则采样法？与自然采什么是自然采样法？什么是规则采样法？与自然采样法相比，规则采样法有什么优缺点？样法相比，规则采样法有什么优缺点？6-11 下图为交直交系统电路图，试回答下列问题：下图为交直交系统电路图，试回答下列问题： 简要说明图中各电路单元的作用；简要说明图中各电路单元的作用； 分别画出无源逆变器工作在分别画出无源逆变器工作在180导通方式下，输出电导通方式下，输出电压压uAB的波形图；的波形图； 当负载电机分别工作在电动状当负载电机分别工作在电动状态和发电机状态时，分别说明该态和发电机状

42、态时，分别说明该变流系统中的能量传递路径，以变流系统中的能量传递路径，以及直流侧电容电压的极性、电感及直流侧电容电压的极性、电感电流的实际方向。电流的实际方向。无源逆变6 62课程设计题目：课程设计题目：共共21道题其中：整流电路：道题其中：整流电路：10 斩波电路：斩波电路：4 逆变电路：逆变电路：4 交流调压电路：交流调压电路：3课程设计基本要求：课程设计基本要求：1、两人一个题目，按学号排；、两人一个题目，按学号排；2、根据课程设计题目及相关要求，收集相关资料、根据课程设计题目及相关要求，收集相关资料、 设计设计主电路、控制电路，写出主电路、控制电路，写出预设计报告预设计报告；3、制作控

43、制电路，并完成系统调试；、制作控制电路，并完成系统调试；4、撰写、撰写课程设计报告课程设计报告无源逆变6 63日程安排：日程安排：1、5月月16日下午日下午3：005：00到电气楼到电气楼408领课程设计任务书；领课程设计任务书；2、6月月9日下午日下午3：005：00交交预设计报告预设计报告（每人一份），（每人一份）， 地点：电气楼地点：电气楼4083、集中设计阶段安排：、集中设计阶段安排： 第第19周的星期一，教师讲题，之后几天学生修改设计方案周的星期一，教师讲题，之后几天学生修改设计方案 ； 第第20周的星期一，学生向指导教师领取元件（同组两人必须周的星期一，学生向指导教师领取元件（同组

44、两人必须按时一同来领取，过后不补）；按时一同来领取，过后不补）； 第第21周的星期一到星期三，各指导教师验收本组设计作品周的星期一到星期三，各指导教师验收本组设计作品 ； 第第21周的星期四，学生答辩、交设计报告周的星期四，学生答辩、交设计报告 （必须本人亲自交）。（必须本人亲自交）。 4、答辩：答辩：答辩学生名单通过抽签方式确定或由指导教师指定。答辩学生名单通过抽签方式确定或由指导教师指定。无源逆变6 64预设计报告要求：预设计报告要求： 根据设计题目，分析主电路的工作原理；根据设计题目，分析主电路的工作原理； 根据设计条件，选择主电路的有关参数；根据设计条件，选择主电路的有关参数； 设计控制电路设计控制电路 ；课程设计报告要求：课程设计报告要求： 画出主电路、控制电路原理图；画出主电路、控制电路原理图； 说明主电路的工作原理、选择元器件参数、说明主电路的工作原理、选择元器件参数、 绘出主电路典型波形（比较实际波形与理论波形）绘出主电路典型波形（比较实际波形与理论波形） ； 说明控制电路的工作原理、绘出各环节的典型波形；说明控制电路的工作原理、绘出各环节的典型波形； 说明调试过程中遇到的问题和解决问题的方法、设计说明调试过程中遇到的问题和解决问题的方法、设计体会及建议；体会及建议； 附参考资料。附参考资料。