第四章DCAC变换器无源逆变电路ppt课件.ppt

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1、电力电子技术PowerElectronicTechnology电压型方波逆变器以及电压型阶梯波逆变器当需要改变输出电压幅值时，一般常采用脉冲幅值调制（PAM）或单脉冲调制（SPM）。这类逆变器应用于大功率场合具有开关损耗低，运行可靠等优点，但也存在动态响应慢、谐波含量大（方波逆变器）、结构复杂（阶梯波逆变器）等一系列不足。例如，当利用电压型逆变器驱动交流电动机时，需进行变频变压（VVVF）控制，此时若采用PAM方式，则必须采用两套功率调节电路与控制即：输出电压的调整依赖于可控整流电路及其控制而输出频率的调整则由逆变器及其控制。4.2.3电压型正弦波逆变器这不仅使电路结构和控制复杂化，而且因电压

2、与频率的不同控制响应将导致系统响应变慢，这主要是由于直流侧的储能惯性会使可控整流电路的输出电压响应远慢于逆变器的输出频率响应。对于要求输出正弦波电压的电压型PWM逆变器，常称为电压型正弦波逆变器。这种电压型正弦波逆变器一般应具备以下特点即:逆变器的直流电压可采用结构简单的不控整流电路；利用单一的功率电路及其控制，可同时调整输出频率和输出电压，动态响应快；由于输出电压的谐波频率主要分布在开关频率及其以上频段，因而输出谐波含量低。4.2.3电压型正弦波逆变器电压型正弦波逆变器的基本原理从左图中容易看出：在频率恒定的一个正弦波周期中，斩控脉冲的占空比和斩控周期一定，而斩控脉冲的幅值则按正弦函数变化，

3、当要改变斩控波形的基波幅值时，若被斩控正弦波的幅值不变，则只需要控制斩控占空比即可。显然，当斩控频率足够高时，其斩控波形的谐波含量会足够低。由于被斩控正弦波的频率恒定，因此，该方案适用于交流变压恒频控制，属于AC-AC变换中的交流斩波变换，其优点就是可以直接对频率一定的输入（如50HZ交流电）进行斩控，以调节交流斩波输出的基波幅值。正弦波的斩波与脉宽调制a)正弦波斩波波形Ouωt>4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理然而，针对实际广泛应用的交流变频器，其主要采用交流变压变频（VVVF）控制策略，即在改变交流输出幅值的同时，还需改变其交流输出频率。如何利用DC-AC变换来

4、实现基于正弦波斩控的VVVF控制输出呢？在交流斩波变换的基础上，考虑将斩波变换的交流输入变成直流输入。进一步观察左图所示的正弦波斩控波形，当斩控频率足够高时，占空比和斩控周期固定而幅值按正弦函数变化的斩波脉冲的面积也近似按正弦函数变化。正弦波的斩波与脉宽调制a)正弦波斩波波形4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理实际上，PWM的基本原理可以由冲量等效原理进行描述即：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其惯性环节的输出基本相同。正弦波的斩波与脉宽调制a)正弦波斩波波形4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理b)具体的实例说明“面积等效原理”

5、4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理a)矩形脉冲b)三角形脉冲tOtOf(t)f(t)d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOc)正弦半波脉冲tOf(t)对各输出波形用傅式变换分析后，各i(t)低频段非常接近，仅在高频段略有差异。可见，相同面积不同形状的脉冲加在同一惯性环节上，得到的输出响应基本相同。这便是面积等效原理，它是PWM控制的理论基础。4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理Ouωt>Ouωt>Ouωt>如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波宽度相同，幅值正弦变化幅值相同，宽度正弦变化SPWM波形按比例改变脉冲宽度，即可改变等效正弦波幅

6、值4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理OwtUd-Ud对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：OwtUd-Ud根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理OwtUd-UdOwtUd-Ud等幅PWM波输入侧是直流电源4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理Uoωt不等幅PWM波输入电源是交流等幅和不等幅PWM波的本质都是基于面积相等进行控制的。如果电源是电流源，则也可以得到PWM电流波4.2.3电压型

7、正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理PWM波可等效的各种波形直流斩波电路直流波形SPWM波正弦波形等效成其他所需波形，如:所需波形等效的PWM波4.2.3电压型正弦波逆变器1.电压型正弦波逆变器的基本原理如何实现SPWM及其波形发生呢？计算法根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形繁琐，当输出正弦波的频率、