逆变器原理

SPWM 逆变器原理 

所谓的SPWM 波形就是与正弦波形等效的一多重等幅不等宽的矩形脉冲波形如图1
所示,等效的口径是每一区间的面积相当于

 

1 概述

   
逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器,传统方法是采用晶闸管组成的方波逆变电路实现,但由于其蕴藉较大成分低次谐波等毛病,近十余年来,由于电力电子技术的飞速发展,全控型急忙半导体器件BJT,IGBT,GTO
等的开拓进取和PWM 的支配技能的日趋完善,使SPWM
逆变器得以迅猛发展并广泛利用。PWM
控制技能是采纳半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列,并通过控制电压脉冲宽度和周期以高达变压目标如故决定电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技能,SPWM
控制技能又有很多种,并且还在持续开拓进取中,但从控制思想上可分为四类,即等脉宽PWM
法,正弦波PWM 法(SPWM 法),磁链**型PWM 法和电流跟踪型PWM
法,其中使用SPWM 控制技能做成的SPWM 逆变器具有以下重点特点:

(1)逆变器同时实现调频调压,系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的熏陶。

(2)可得到比正规六拍阶梯波更类似正弦波的出口电压波形,低次谐波减弱,在电气传动中,可使传动系统转矩脉冲的大大裁减,扩充调速范围,提升系统性能。

(3)组成变频器时,主电路唯有一组可控的功率环节,简化了结构,由于采纳不可控整流器,使电网功率因数接近于1,且与出口电压大小无关。

 

2 SPWM 逆变器原理

2.1 SPWM 波形

    所谓的SPWM
波形就是与正弦波形等效的一名目繁多等幅不等宽的矩形脉冲波形如图1
所示,等效的规则是每一区间的面积相当于。如图把一个正弦波分作几等分(如图1a
中,n=12)然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相当于的矩形脉冲来替代,矩形脉冲的幅值不变,各脉冲的主题与正弦波每一等分的中点相交汇(如图1b),这样由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波浪就与正弦波等效,称作SPWM
波形。同样,正弦波的负半周也用相同的艺术与一名目繁多负脉冲波等效。

 

    图2 为SPWM滤波线为等效正弦波UmSinω1t,SPWM
脉冲系列波的幅值为Us/2,各脉冲不等宽,但基本间距相同为π/n ,n
为正弦波半个周期内的脉冲数,令第i 个矩形脉冲宽度为δi ,
其基本点相位角为θi ,则基于面积相当于的同一原则,可分为

 

    这算得,第i
个脉冲的涨幅与该处正弦波值近似成正比,因而半个周期正弦波的SPWM
波是两侧窄,中间宽,脉宽按正弦规律逐渐变化的行列脉冲波形。

 

2.2 SPWM 调制及逆变桥工作原理

    今以SPWM
三相逆变桥为例举行验证,SPWM三相逆变器主电路由多个全控式功率开关器件组合三相逆变桥,它们各有一个继流二极管反并统一,整个逆变器由三相不可控整流器提供电压为Us的直流电压。图3
为单极式脉宽调制波的款型图。a 图中Ut 为等腰三角形的载波,Ura
及Ura’为正弦调制波,调制波和载波的交点决定了SPWM
脉冲体系的升幅和脉冲间的区间宽度,如图b 所示,当A 相的Ura>Ut 时,VT1
导通,输出正弦脉冲电压Us/2,当Ura<Ut 时,VT1 关断Uda=0,在Ura
负半周,用同一措施控制VT4,输出负的脉冲电压体系,改变调制波频率时,输出电压基波频率随之变动,降低调制波幅值时如Ura,各段脉冲的大幅度变窄,输出电压基波幅值缩小。这种SPWM
每相只有一个开关器件反复通断,称单极性SPWM 波形。

 

   
若有平等桥臂上下四个开关交替地导通与关断,则输出脉冲在“+”和“-”之间变化,这样得到双极式的SPWM
波形,如图4
所示,其调制方法与单极式相似,只是输出脉冲电压的极性不同,当Ura>Ut
时,VT1 导通VT4 关断,Uao=+Us/2;当Urs<Ut 时VT1 关断,VT4
导通,输出相电压Uao=-Us/2,同理VT3 和VT6,VT3 和VT5 交替导通拿到UAO,UCO
如图c 和d 所示,UAB=UAO-UBO,可得逆变器输出的线电压波形UAB=f(t)如e
所示。

 

 

3 SPWM 波形的剖析

    对负荷(互换异步电机)来说,有用的是电压的基波,希望SPWM
波形中基波成分越大越好,通过对SPWM 脉冲连串波U
(t)展开成付利叶极数分析可知,输出基波电压幅值Um 与δi
有着直接的关系,它评释调节调制波幅值从而改变各类脉冲宽度时,可使逆变器输出电压基波幅值平滑调节。

     SPWM
逆变器输出脉冲连串波的基波电压正是调制时所要求的平等正弦波,当然这不可能不是在满足n
不太小

 

  近似条件下拿到的。

亚洲城误乐城ca88网站,    但SPWM
逆变器输出相电压的基波幅值有正规六拍阶梯波的86%~90%,为弥补这一相差,常在SPWM
逆变器的直流回路中并联卓殊大的滤波电容,以加强逆变器的直流电压Us.

    由上述剖析可知n 越大即功率开关器件半周内要开关n
次,脉冲数n=N/2,其中N 为载波比,即:

N=ft/fr=载波频率/参考调制波频率

    即希望N 越大越好。但从功率开关器件本身的允许开关频率来看,N
不可以太大:

N ≤功率开关器件的允许开关频率/最高的正弦调制信号频率

    上式中分母实际上就是SPWM
变频器的最高输出频率。现常用功率开关频率如下:

BJT(1~5 kHz) GTO(1~2 kHz)

MOSFET(50 kHz) IGBT(20 kHz)

    随着全控型神速半导体器件性能价格比的加强和PWM
技术的逐步完善和新技巧新工艺新资料的利用,SPWM
技术将在电气传动及电力系统中收获更普遍的采纳。

 

 

正文来源: DZ3W.COM
原文网址:http://www.dz3w.com/info/application/0075117.html