1、哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.1电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)6.5 其它的逆变器控制方法产生产生PWMPWM逆变器开关控制信号的其它方法逆变器开关控制信号的其它方法计算法计算法：根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，：根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算准确计算PWMPWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变器波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变器开关器件的通断，以得到所需开关器件的通断，以得到所需PWMPWM波形的调制方法。波形的调制方法。前面采用的前面采用的PWMPWM逆变器的控制方法为逆变器的控制方法为调制法调制法：在调制信：在调制信号和载波信号的交点时刻控制号
2、和载波信号的交点时刻控制器件器件的通断，在负载上调的通断，在负载上调制出期望的信号。制出期望的信号。如：规则采样法，特定谐波消去法如：规则采样法，特定谐波消去法电流跟踪法电流跟踪法：以逆变器输出电流为控制目标的开关：以逆变器输出电流为控制目标的开关信号生成方法。（应用于电机驱动领域）信号生成方法。（应用于电机驱动领域）如：滞环比较法，三角波比较法如：滞环比较法，三角波比较法哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.2电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d规则采样法原理规则采样法原理6.5.1 规则采样法自然采样法自然采样法：按
3、照：按照SPWMSPWM控制的控制的基本原理产生的基本原理产生的PWMPWM波的方法，波的方法，其求解复杂，难以在实时控制其求解复杂，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多。中在线计算，工程应用不多。规则采样法规则采样法：工程实用方法：工程实用方法，效果接近自然采样法，效果接近自然采样法，计计算算量小量小得多。得多。三角波两个正峰值之间为一三角波两个正峰值之间为一个采样周期个采样周期Tc 。自然采样法。自然采样法中，中，脉冲中点脉冲中点不和不和三角波负三角波负峰点峰点重合。规则采样法使两重合。规则采样法使两者者重合重合，使计算大为减化。，使计算大为减化。脉冲宽度脉冲宽度和用自然采样法和用自然采
4、样法得到的脉冲宽度非常接近。得到的脉冲宽度非常接近。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.3电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)规则采样法计算公式推导规则采样法计算公式推导控制信号控制信号sinrrruVt三角波一个周期内，脉冲两三角波一个周期内，脉冲两边间隙宽度边间隙宽度)sin1 (421DrcctaTTdd从右图得从右图得r Dcsin2/ 2/ 2crcVVtVTdcr D(1sin)2aTmtd脉冲宽度为脉冲宽度为ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d规则采样法规则采样法哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.4电力电子技术开关型直流交流逆
5、变器(6) 这是这是计算法计算法中一种较有代表性的方法。中一种较有代表性的方法。 将将方波控制法与方波控制法与SPWMSPWM控制法相结合控制法相结合以消除输出电压中以消除输出电压中特定频率的谐波。特定频率的谐波。 例如：每个基波周期内，在方波输出电压波形上，例如：每个基波周期内，在方波输出电压波形上，加加入入6 6个缺口个缺口，以控制基波幅值并消去两个低次谐波，以控制基波幅值并消去两个低次谐波。O tuoUd- -Ud2p pp pa1a2a36.5.2 特定谐波消去法缺口缺口1 1 缺口缺口2 2 缺口缺口3 3缺口缺口4 4 缺口缺口5 5 缺口缺口6 6特定谐波消去法的输出特定谐波消去
6、法的输出PWMPWM波形波形每半周中，每半周中，3 3个缺口可引入个缺口可引入3 3个控制自由个控制自由度度，1 1个控制个控制基波，另两个基波，另两个用于消除两个用于消除两个谐波。谐波。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.5电力电子技术开关型直流交流逆变器(6) 首先，为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜首先，为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜对称，即对称，即()()ooututp 其次，为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期其次，为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期内前后内前后1/41/4周期以周期以/2/2为轴线对称为轴线对称 ()()ooututp 同时满足上面两式的四
7、分之一周期对称波形，用傅同时满足上面两式的四分之一周期对称波形，用傅里叶级数表示为里叶级数表示为, 5 , 3 , 1sin)(nntnatu204()sindnoautn ttpp 为减少谐波并简化为减少谐波并简化控制，要尽量使波形对称。控制，要尽量使波形对称。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.6电力电子技术开关型直流交流逆变器(6) 输出波形的输出波形的1/41/4周期内，包含周期内，包含a a1、a a 2和和a a 3共共3 3个开关个开关时刻，则时刻，则an可表示为：可表示为： )cos2cos2cos21(2d)sin2(dsin2d)sin2(dsin2432120
8、332211aaapppaaaaaannnnUttnUttnUttnUttnUadddddnO tuoUd- -Ud2p pp pa1a2a3确定确定a1的值，再令的值，再令两个不同的两个不同的 an=0 (n=3,5)，就可建就可建三个方程，求得三个方程，求得a a1、a a2和和a a3 。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.7电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)在三相逆变器输出的线电压中，无在三相逆变器输出的线电压中，无3 3次谐波分量，可考次谐波分量，可考虑虑消去消去5 5次和次和7 7次谐波次谐波，得如下联立方程：，得如下联立方程：给定基波幅值给定基波幅值a1，然后，然
9、后解方程可得解方程可得a a1、a a2和和a a3。a1变化时变化时，a a1、a a2和和a a3也相应改变。也相应改变。0)7cos27cos27cos21 (720)5cos25cos25cos21 (52)cos2cos2cos21 (2321d7321d5321d1aaapaaapaaapUaUaUa同理，可考虑在输出电压同理，可考虑在输出电压1/21/2周期内，插入周期内，插入K K个缺口，个缺口，除用一个自由度控制基波幅值外，可消去除用一个自由度控制基波幅值外，可消去K-1K-1个频率的个频率的特定谐波。特定谐波。K K的取值越大，开关时刻的计算越复杂。的取值越大，开关时刻的计
10、算越复杂。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.8电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)6.5.3 滞环比较法（容忍带控制法）目的：控制输出电流目的：控制输出电流以跟踪参考电流以跟踪参考电流方法：实际电流方法：实际电流iA与围与围绕参考电流绕参考电流 的容忍带的容忍带相比较，以生成开关控相比较，以生成开关控制信号。制信号。*AiAi*Ai*Ai *Ai *AAAAAAiiTiiT后，闭合后，闭合哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.9电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)滞环比较式电流跟踪控制系统的结构滞环比较式电流跟踪控制系统的结构滞环滞环比较器比较器环宽2三相三相逆变器
11、逆变器控制参数的影响控制参数的影响开关频率取决于电流穿越容忍带的时间。开关频率取决于电流穿越容忍带的时间。 环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。开关频率还与电源电压、负载中电感和反电势有关开关频率还与电源电压、负载中电感和反电势有关随着电流波形的变化，开关频率是不断变化的。随着电流波形的变化，开关频率是不断变化的。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.10电力电子技术开关型直流交流逆变器(6) 采用滞环比较方式的电流跟踪型采用滞环比较方式的电
12、流跟踪型PWMPWM逆变电路的逆变电路的特点：特点：硬件硬件电路简单电路简单。实时控制实时控制，电流响应快。，电流响应快。不用载波不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐。，输出电压波形中不含特定频率的谐。和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中中高次谐波含量多高次谐波含量多。闭环控制闭环控制，是各种跟踪型，是各种跟踪型PWMPWM逆变电路的共同特点。逆变电路的共同特点。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.11电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)6.5.4 三角波比较法（固定开关频率控制法）方法：通过闭环来进行控制。方法：通过闭环
13、来进行控制。把指令电流把指令电流 和实际输出电流和实际输出电流 进行比较，求出偏差，进行比较，求出偏差，通过放大器通过放大器A A（通常具有比例积分特性）放大后，再去（通常具有比例积分特性）放大后，再去和固定频率三角波进行比较，产生和固定频率三角波进行比较，产生PWMPWM波形。波形。例如：正的电流偏差，使例如：正的电流偏差，使vcontrol增加，导致输出电压增加，导致输出电压提高，从而加大电流，减小偏差。提高，从而加大电流，减小偏差。目的：控制输出电流目的：控制输出电流以跟踪参考电流以跟踪参考电流Ai*Ai放大器放大器三相三相逆变器逆变器哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.12
14、电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)采用三角波比较法的电流跟踪型采用三角波比较法的电流跟踪型PWMPWM逆变电路特点逆变电路特点开关频率固定开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方，等于载波频率，高频滤波器设计方便。便。和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐波少所含的谐波少。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.13电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)6.6 逆变器的整流工作状态开关型逆变器可实现开关型逆变器可实现4 4象限运行。即可工作于逆变状态，象限运行。即可工作于逆变状态，也可工作于整流状态，并可在两种模式之间转
15、换。也可工作于整流状态，并可在两种模式之间转换。以三相逆变器中以三相逆变器中A A相为例说明其工作状态的转换方式。相为例说明其工作状态的转换方式。只考虑输出电压和电流的基波成分只考虑输出电压和电流的基波成分AnAAApAVEIIE超前时， 有功分量() 与方向一致,电动机吸收电能，变换器工作于逆变状态电机负载电机负载逆变状态逆变状态哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.14电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)整流状态整流状态AnAAApAVEIIE滞后时， 有功分量() 与方向相反,电能由电动机流向直流侧，变换器工作于整流状态逆变器输出电压的相位和幅值均可控制。逆变器输出电压的相位
16、和幅值均可控制。IA为常数为常数通过控制通过控制VAN的幅值和相位，可以控制输出电流的幅值的幅值和相位，可以控制输出电流的幅值和输出功率的水平。和输出功率的水平。VAN轨迹轨迹IA轨迹轨迹哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.15电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)本章总结 6.1 6.1 开关型逆变器的基本原理开关型逆变器的基本原理 电路结构为桥式开关型变换器电路结构为桥式开关型变换器 控制方式控制方式:SPWM:SPWM控制控制, ,方波控制方波控制 6.2 6.2 单相全桥逆变器单相全桥逆变器 6.3 6.3 三相桥式逆变器三相桥式逆变器 6.4 6.4 死区时间对死区时间对
17、PWMPWM控制型逆变器输出电压的影响控制型逆变器输出电压的影响 6.5 6.5 其它的逆变器控制方法其它的逆变器控制方法 6.6 6.6 逆变器的整流工作状态逆变器的整流工作状态1. 本章内容哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.16电力电子技术开关型直流交流逆变器(6) 本章学习了本章学习了电压源型电压源型（无源）逆变器中的单相和三（无源）逆变器中的单相和三相桥式逆变器。电流源型逆变器将在后面章节介绍。相桥式逆变器。电流源型逆变器将在后面章节介绍。 逆变器的工作性质要求其可以逆变器的工作性质要求其可以4 4象限运行象限运行，因此可，因此可在逆变工作状态和整流工作状态间自由转换。在
18、逆变工作状态和整流工作状态间自由转换。 SPWMSPWM控制方式控制方式即可控制输出电压的幅值又可控制频即可控制输出电压的幅值又可控制频率。因此逆变器的输入电源是不可控的直流电压源。率。因此逆变器的输入电源是不可控的直流电压源。输出电压中含有开关频率附近及更高次的谐波，容易输出电压中含有开关频率附近及更高次的谐波，容易滤除。滤除。 方波控制方式方波控制方式只能控制输出电压的频率，因此需通只能控制输出电压的频率，因此需通过控制输入直流电源的幅值来控制输出电压幅值。输过控制输入直流电源的幅值来控制输出电压幅值。输出电压中含有低次谐波，容易滤除。出电压中含有低次谐波，容易滤除。2. 本章概要哈尔滨工
19、业大学电气工程系文件:电力电子技术24.17电力电子技术开关型直流交流逆变器(6) 在逆变器输出电压中的谐波，导致输出电流的脉动在逆变器输出电压中的谐波，导致输出电流的脉动。电流中的基波成分负责电能传送，。电流中的基波成分负责电能传送，脉动成分脉动成分与电能与电能传送无关。脉动的幅度与负载中电感有关，也受开关传送无关。脉动的幅度与负载中电感有关，也受开关频率的影响。频率的影响。 实际上，为防止桥臂直通，同一桥臂上的一个开关实际上，为防止桥臂直通，同一桥臂上的一个开关器件断开后，另一个开关器件延迟一段器件断开后，另一个开关器件延迟一段死区时间死区时间后再后再闭合，将在逆变器的输出中引入低次谐波。
20、闭合，将在逆变器的输出中引入低次谐波。 除了除了SPWMSPWM调制方法之外还又许多其它的逆变器开关调制方法之外还又许多其它的逆变器开关控制方法。如：计算法中的控制方法。如：计算法中的特定谐波消去法特定谐波消去法可容易地可容易地消除输出电压中特定频率的谐波。消除输出电压中特定频率的谐波。 电流跟踪型调制方法电流跟踪型调制方法用直接控制输出电流，使之跟用直接控制输出电流，使之跟随给定电流。方法是：将实际电流与参考电流相比较随给定电流。方法是：将实际电流与参考电流相比较，利用其偏差来产生逆变器的开关控制信号。，利用其偏差来产生逆变器的开关控制信号。 逆变器也可作为整流器来使用，此时变换器也称逆变器
21、也可作为整流器来使用，此时变换器也称PWMPWM整流器整流器，或开关型整流器，将在后面章节中介绍。，或开关型整流器，将在后面章节中介绍。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.18电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)全桥逆变器全桥逆变器的控制输入与的控制输入与输出电压基波输出电压基波有效值的关系有效值的关系SPWMSPWM控制控制（线性调制）（线性调制）方波控制方波控制哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.19电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)1) 1) 逆变的基本概念：有源逆变与无源逆变的区别。电逆变的基本概念：有源逆变与无源逆变的区别。电压源型与电流源型逆变器的区别
22、。压源型与电流源型逆变器的区别。2 2）开关型逆变器的基本原理）开关型逆变器的基本原理单桥臂逆变器的结构。单桥臂逆变器的结构。开关型逆变器开关型逆变器PWMPWM控制方法的基本原理：控制信号控制方法的基本原理：控制信号的生成方法，输出电压波形，调制法的基本术语。的生成方法，输出电压波形，调制法的基本术语。控制信号与输出电压基波的关系，输出电压中谐控制信号与输出电压基波的关系，输出电压中谐波的特点。波的特点。频率调制比的选择原则：同步调制，异步调制。频率调制比的选择原则：同步调制，异步调制。幅度调制比的控制特点：线性调制，过调制。幅度调制比的控制特点：线性调制，过调制。逆变器方波控制方法的基本原
23、理：逆变器方波控制方法的基本原理：控制信号的特控制信号的特点，输出电压波形。点，输出电压波形。3. 本章复习重点哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.20电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)3 3）单相全桥逆变器）单相全桥逆变器单相全桥逆变器的结构。单相全桥逆变器的结构。双极性双极性SPWMSPWM控制方式的工作原理：控制信号的生控制方式的工作原理：控制信号的生成方法，电路工作过程分析，输出电压波形和基波成方法，电路工作过程分析，输出电压波形和基波幅值，直流侧输入电流的特点。幅值，直流侧输入电流的特点。单单极性极性SPWMSPWM控制方式的工作原理控制方式的工作原理：控制信号的生：
24、控制信号的生成方法，电路工作过程分析，输出电压波形和基波成方法，电路工作过程分析，输出电压波形和基波幅值，直流侧输入电流的特点，单幅值，直流侧输入电流的特点，单极性极性SPWMSPWM控制控制的的优点。优点。 方波控制方法的工作原理：方波控制方法的工作原理：控制信号的特点，输控制信号的特点，输出电压波形和基波幅值。出电压波形和基波幅值。逆变器输出脉动的概念和特点。逆变器输出脉动的概念和特点。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.21电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)4 4）三相桥式逆变器）三相桥式逆变器三相桥式逆变器的结构。三相桥式逆变器的结构。SPWMSPWM控制方式的工作原理
25、：控制信号的生成方法控制方式的工作原理：控制信号的生成方法，电路工作过程分析，输出电压波形和基波幅值，电路工作过程分析，输出电压波形和基波幅值，输出电压谐波的特点，载波比选取的原则。输出电压谐波的特点，载波比选取的原则。方波控制方法的工作原理：方波控制方法的工作原理：控制信号的特点，输控制信号的特点，输出电压波形和基波幅值，出电压波形和基波幅值，输出电压谐波的特点输出电压谐波的特点。三相逆变器输出脉动的分析：负载为三相逆变器输出脉动的分析：负载为Y Y型连接时相型连接时相电压的电压的分析方法，方波控制时输出相电压波形，输分析方法，方波控制时输出相电压波形，输出电流脉动的特点。出电流脉动的特点。
26、直流侧输入电流的特点。直流侧输入电流的特点。三相逆变器开关器件和二极管的导通区间的分析三相逆变器开关器件和二极管的导通区间的分析哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术24.22电力电子技术开关型直流交流逆变器(6)5 5）死区的作用及其对）死区的作用及其对PWMPWM控制型逆变器输出电压的影控制型逆变器输出电压的影响。响。6 6）其它的逆变器控制方法）其它的逆变器控制方法规则采样法的原理和计算方法。规则采样法的原理和计算方法。特定谐波消去法的原理和特点。特定谐波消去法的原理和特点。滞环比较法滞环比较法的原理和特点。的原理和特点。三角波比较法三角波比较法的原理和特点。的原理和特点。7 7）逆变器工作在逆变状态和整流状态的条件。逆变器工作在逆变状态和整流状态的条件。第第6 6章章 习题习题结束
