大工20秋《电力电子技术》复习资料十
电力电子技术辅导资料十主 题：第三章无源逆变电路（第3-4节）学习时间：2020年6月1日--6月7日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
实现我们确立的奋斗目标，我们既要有“乱云飞渡仍从容”的战略定力，又要有“不到长城非好汉”的进取精神。全党全国各族人民更加紧密地团结起来，勿忘昨天的苦难辉煌，无愧今天的使命担当，不负明天的伟大梦想，下定决心，排除万难，在中国特色社会主义伟大道路上，为实现中华民族伟大复兴的中国梦，前进！
摘选自《在纪念毛泽东同志诞辰一百二十周年座谈会上的讲话》
内 容：一、本周知识点及重难点分布
表10-1 本周知识点要求掌握程度一览表
序号
学习知识点
要求掌握程度
本周难点
了解
熟悉理解
掌握
1
电流型逆变电路
★
2
PWM控制原理
★
☆
PWM控制技术
★
PWM逆变电路
★
二、知识点详解
【知识点1】电流型逆变电路
1、单相电流型逆变电路
要求：负载电流的相位超前于负载电压。
负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，接近正弦波。
换流方式：负载换流，由负载提供换流电压。
负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。
注意：触发VT2、VT3的时刻必须在过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。
电抗器：限制晶闸管di/dt
一个周期内有：两个导通阶段、两个换流阶段。
可以近似看成矩形波，展开傅里叶级数
基波幅值
基波有效值
负载电压有效值和直流电压的关系
（a）电路图 （b）工作波形
图10-1 单相电流型逆变电路的电路图和工作波形
2、三相电流型逆变电路
（1）全控型器件组成的三相电流型逆变电路
（a）电路图 （b）工作波形
图10-2 三相电流型桥式逆变电路的电路图和工作波形
基本工作方式:120°导电方式，每个臂一周期内导电120° ，每个时刻上下桥臂组各有一臂导通。换流方式为横向换流。
（2）晶闸管组成的三相电流型逆变电路
串联二极管式应用最广泛
图10-3 串联二极管式电流型逆变电路
串联二极管式电流型逆变电路用于大功率交流电动机调速系统。
关断：C、VD
二极管主要作用：
①为换流电容充电提供通道，并使电容电压得以保持，为晶闸管换流做准备；
②使电容电压能施加到刚关断的晶闸管上，使晶闸管在关断之后能够承受一定时间的反向电压，确保晶闸管可靠关断，确保晶闸管换流成功。
特点：
①直流侧接大电感，相当于电流源，直流电源基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②交流侧电流为矩形波，与负载性质无关；交流侧电压波形和相位因负载阻抗角的不同而不同。
③当交流侧为电感性负载提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，所以不必像电压型逆变电路给开关器件反并联二极管。【知识点2】PWM型逆变电路
☆1、PWM控制原理
PWM（Pulse Width Modulation）控制：通过对一系列脉冲宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。
优点： ①有效地抑制谐波；②动态响应好；③频率、效率有优势。
应用： ①逆变电路；②整流电路；③变频电路；④斩波电路。
（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
图10-4 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
重要理论基础——面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量——窄脉冲的面积
效果基本相同——输出响应波形基本相同
PWM波可分为等幅PWM波和不等幅PWM波。等幅PWM波：输入电源是恒定直流。不等幅PWM波：输入电源是交流或不是恒定直流。如图10-5所示。
（a）等幅PWM波 （b）不等幅PWM波
图10-5 PWM波
2、PWM控制技术
（1）调制法
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；可得到所需PWM波形。
缺点： 较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。
调制法：采用正弦波与等腰三角形相交的办法来确定各矩形脉冲的宽度。
载波比：
1）PWM调制方式分为异步调制和同步调制。
①异步调制: 载波信号和调制信号不同步。
保持固定不变，当变化，载波比变化；在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。
当较低时，较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响较小；当增高时，减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响变大，产生谐波。
②同步调制: 载波信号和调制信号保持同步，当变频时使载波与信号波保持同步，即等于常数。
变化不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。 很低时，也很低，由调制带来的谐波不易滤除；很高时，会过高，使开关器件难以承受。
③分段同步调制：异步调制和同步调制的综合应用。
把整个范围划分成若干个频段，每个频段内保持恒定，不同频段的不同。
在高的频段采用较低的，使载波频率不致过高；在低的频段采用较高的，使载波频率不致过低。
2）生成PWM波形的方法
①自然采样法：在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断。
②规则采样法：工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多。
③用微处理器实现：以MC80C196MC为核心的通用PWM控制电路。
（2）跟踪控制技术：常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。
1）滞环比较方式--电流跟踪控制应用最多
（a）电路图 （b）指令电流和输出电流波形
图10-6 滞环比较方式电流跟踪控制单相半控桥式电路图和电流波形
V1（或VD1）通时，增大；V2（或VD2）通时，减小。
环宽过宽，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。
L大，的变化率小，跟踪慢；L小，的变化率大，开关频率过高。
2）三角波比较方式。
放大器A具有比例积分特性或比例特性，其系数直接影响电流跟踪特性。和滞环比较控制方式相比，输出电流所含的谐波少。
图10-7 三角波比较方式的电流跟踪型PWM逆变电路
（3）空间矢量PWM控制（SVPWM）
空间矢量SVPWM控制技术广泛运用于变频器中，驱动交流电机时，使电机的磁链成为圆形的旋转磁场，从而使电机产生恒定的电磁转矩。
采用PWM控制，可以使交流电机的磁通尽量接近圆形，工作频率越高，磁通就越接近圆形。
3、PWM逆变电路
图10-8 PWM逆变电路的控制结构
通过调节脉冲宽度改变输出电压，改变调制周期达到调频。
（1）单相SPWM逆变电路
图10-9 单相电压型桥式PWM逆变电路
单极性PWM控制方式工作原理：
V1和V2通断互补，V3和V4通断互补。以正半周为例：V1通，V2断，V3和V4交替通断。当时，V4导通，；当时，V4关断，。
双极性PWM控制方式工作原理：
当时，V1、V4导通，V2、V3关断。如，V1、V4通；如，VD1、VD4通，。
图10-10 单极性PWM控制方式波形 图10-11双极性PWM控制方式波形
单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制。
（2）三相桥式PWM逆变电路
（a）电路图 （b）波形
图10-12 三相桥式PWM逆变电路的电路图和波形
三相的PWM控制公用三角波载波。三相的调制信号、和依次相差120°。
输出线电压PWM波由和0三种电平构成；载相电压PWM波由、和0共5种电平组成。三、重要理论
1、单相电流型逆变电路（知识点1）
要求：负载电流的相位超前于负载电压。
负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，接近正弦波。
换流方式：负载换流，由负载提供换流电压。
负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。
2、三相电流型逆变电路（知识点1）
全控型器件组成的三相电流型逆变电路基本工作方式:120°导电方式，每个臂一周期内导电120°，每个时刻上下桥臂组各有一臂导通。换流方式为横向换流。
3、晶闸管组成的三相电流型逆变电路二极管主要作用（知识点1）
①为换流电容充电提供通道，并使电容电压得以保持，为晶闸管换流做准备；
②使电容电压能施加到刚关断的晶闸管上，使晶闸管在关断之后能够承受一定时间的反向电压，确保晶闸管可靠关断，确保晶闸管换流成功。
4、晶闸管组成的三相电流型逆变电路特点（知识点1）
①直流侧接大电感，相当于电流源，直流电源基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②交流侧电流为矩形波，与负载性质无关；交流侧电压波形和相位因负载阻抗角的不同而不同。
③当交流侧为电感性负载提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，所以不必像电压型逆变电路给开关器件反并联二极管。
5、PWM控制原理（知识点2）
PWM控制：通过对一系列脉冲宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。
重要理论基础——面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
PWM波可分为等幅PWM波和不等幅PWM波。等幅PWM波：输入电源是恒定直流。不等幅PWM波：输入电源是交流或不是恒定直流。
6、PWM控制技术（知识点2）
（1）调制法
调制法：采用正弦波与等腰三角形相交的办法来确定各矩形脉冲的宽度。
载波比：
1）PWM调制方式分为异步调制和同步调制。
①异步调制: 载波信号和调制信号不同步。
②同步调制: 载波信号和调制信号保持同步，当变频时使载波与信号波保持同步，即等于常数。
③分段同步调制：异步调制和同步调制的综合应用。
2）生成PWM波形的方法
①自然采样法：在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断。
②规则采样法：工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多。
③用微处理器实现
（2）跟踪控制技术：常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。
1）滞环比较方式--电流跟踪控制应用最多
2）三角波比较方式。
（3）空间矢量PWM控制（SVPWM）
7、PWM逆变电路（知识点2）
通过调节脉冲宽度改变输出电压，改变调制周期达到调频。
单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制。
三相桥式PWM逆变电路输出线电压PWM波由和0三种电平构成；载相电压PWM波由、和0共5种电平组成。四、课后习题
习题10.1 简答题：采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？
答：采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器的特点：
①硬件电路简单；
②属于实时控制方式，电流响应快；
③不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波分量；
④与计算法和调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多；
⑤采用闭环控制。奥鹏作业答案可以联系QQ 761296021
页:
[1]