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电力电子技术_洪乃刚_第5章直流_交流变换逆变器
直流/交流变换-逆变器 内容提要 逆变电路分类和调制方式 单相电压型逆变器 单相电流型逆变器 三相电压型PWM逆变器 电压空间矢量控制逆变器SVPWM 多电平逆变器 三相电流型逆变器 5.1逆变电路分类和调制方式 电压源型和电流源型逆变电路 180°和120°导通型逆变电路 PWM调制逆变电路 5.1逆变电路分类和调制方式 逆变电路分类 *按输出相数分类,有单相、三相逆变电路。 *按输出相数分类,有单相、三相逆变电路。 * 按直流电源的性质区分,有电压源型和电流源型逆变电路。 *按输出波形调制方式区分的逆变电路等。 5.1.1 电压源型和电流源型逆变电路 电压源型逆变器:当直流回路采用大电容滤波时,逆变器输入电压Ud波动很小,具有电压源的性质,故称为电压源型逆变器(图5.1a) 电流源型逆变器:直流回路采用大电感滤波,电感使逆变器输入电流Id波动很小,具有电流源的性质,故称为电流源型逆变器(图5.1b) 5.1.1电压源型和电流源型逆变电路 (a)电压源型 (b) 电流源型 图5.1 电压源型和电流源型逆变电路 5.1.2 180°和120°导通型逆变电路 5.1.3 PWM调制逆变电路 通过脉冲宽度的控制,可以调节逆变器输出的电压和电流,可以减少输出波形的谐波,或消除某些特定次谐波 脉冲宽度调制的方法很多,主要有等宽脉冲调制、正弦脉宽调制和电压空间矢量控制等。 5.2单相电压型逆变器 电压型单相半桥式逆变器 中心抽头变压器式单相逆变器 电压型单相全桥式逆变器 单相电压型全桥式逆变器的PWM控制方式 PWM控制方式和数字化生成 5.2.1电压型单相半桥式逆变器 电压型单相半桥式逆变器电路如图5.2a (图5.2b) 5.2.2中心抽头变压器式单相逆变器 只用两个开关器件的单相方波型逆变器还有带中心抽头变压器式(图5.3),图中两个开关器件交替驱动,各工作输出交流的一半周期(180°) 图5.3 中心抽头变压器式逆变器 5.2.3电压型单相全桥式逆变器 单相电压源型全桥式逆变器由四个开关器件和四个续流二极管组成(5.4a)。 开关器件驱动控制方式 固定脉冲 控制方式 脉冲移相 控制方式 5.2.4 单相电压型全桥式逆变器的PWM 控制方式 SPWM调制原理 单极性SPWM调制(SSPWM) 双极性SPWM调制(BSPWM) 双极性调制和单极性调制的比较 一 SPWM调制原理 在数学上可以证明,如果 正弦半波划分为N等份,每等 份用对应的矩形脉冲来表示, 如果矩形脉冲的面积与该等份 正弦波的面积相等,则正弦半 波就可以用一系列矩形脉冲来 等效,这就是面积相等的原则, 也称冲量等效原理(5.6)。 如果矩形脉冲是等高不等宽 的脉冲序列,则称为脉宽调制 PWM;如果矩形脉冲是等宽不 等高的脉冲序列,则称为脉冲幅 度调制,简称脉幅调制PAM. 二 单极性SPWM调制(SSPWM) 图5.7 单极性SPWM调制 三 双极性SPWM调制(BSPWM) 四 双极性调制和单极性调制的比较 双极性调制和单极性调制都通过调制波和载波比较,在交点处产生驱动信号。 调制比和载波比 单极性调制在输出交流的半周内只有单一极性的脉冲,因此输出电压(基波值)较高; 采用PWM调制时,在输出电压中可以消除(N-2)次以下谐波, N为载波比,因此除基波外,其最低次谐波为(N-2)次。 双极性调制同相上下桥臂的开关器件交替导通,较易产生直通现象,因此同相上下桥臂开关的关断和导通之间要有一定的时间间隔,称为“死区”,以确保不产生直通现象。 5.2.5 PWM控制方式和数字化生成 异步调制和同步调制 SPWM控制的数字化生成 一 异步调制和同步调制 根据载波比的不同情况,PWM有异步调制和同步调制两种调制方 式。 异步调制:调制中,载波频率fc保持不变,而调制波频率fr可调,因此载波比N不是常数,将随fr变化。 同步调制:调制中,载波比N保持不变,即fr变化时,fc也作相应变化,因此同步调制时,交流输出电压在半周中的脉冲个数是固定的,并且为了保持输出波形对称,载波比N宜为奇数。 分段同步调制:因为异步调制和同步调制各有优缺点,为取长补短,实用中常采取分段同步调制的方法。即将交流输出的频率划分为若干段,各段采用不同的载波比N,相当于异步调制。在各输出频率段内,采用同步调制的方法,保持载波比不变。 二 SPWM控制的数字化生成 现代电力电子变流装置大都以数字化方式
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