三相逆变器的分析与仿真.doc

学号：毕 业 论 文（设计） 课 题 三相逆变器的分析与仿真 学生姓名 院 部 电气工程学院 专业班级 电气工程及其自动化2班 指导教师 二 一 四 年 六 月三相逆变器的分析与仿真摘 要本文主要介绍三相逆变器和逆变器两种逆变器，分别对两种逆变器进行了原理和各自的作用简单分析。首先提到传统逆变器，在传统逆变器中最典型的就是最常使用到的即电压源型和电流源型逆变器。所谓的逆变器其工作整个过程和最终的输出就是把直流电转变成交流电来作为输出，其中逆变电路和半导体功率集成器件是组成其结构的最主要的两大部分。在逆变器的整个逆变系统中，逆变实现的核心就是逆变电路。一个完整的逆变电路应该包括输入与输出、控制与保护电路等，都是通过半导体开关器件的导通与关断来完成整个逆变系统的工作。SPWM技术成为目前应用最为广泛的PWM技术，三相SPWM逆变器其特点而且是有良好的调节性能、适用性强和更易于控制等优点；三相Z源逆变器克服了传统逆变器的缺点实现输入电压范围宽、兼具升降压，不需要死区等优点，得到良好应用。因此，我们在对逆变器的功能和实现原理的简单研究其意义是很重要的。本文首先从总体原理结构再到部分进行分析，最后用MATLAB进行了原理图绘制和仿真，并对仿真结果进行分析，最后总结收获。关键词：SPWM逆变器；传统逆变器；逆变电路；MATLAB仿真。Analysis and Simulation of three phase inverterAbstract本文主要介绍三相逆变器和逆变器两种逆变器，分别对两种逆变器进行了原理和各自的作用简单分析。首先提到传统逆变器，在传统逆变器中最典型的就是最常使用到的即电压源型和电流源型逆变器。所谓的逆变器其工作整个过程和最终的输出就是把直流电转变成交流电来作为输出，其中逆变电路和半导体功率集成器件是组成其结构的最主要的两大部分。在逆变器的整个逆变系统中，逆变实现的核心就是逆变电路。一个完整的逆变电路应该包括输入与输出、控制与保护电路等，都是通过半导体开关器件的导通与关断来完成整个逆变系统的工作。SPWM技术成为目前应用最为广泛的PWM技术，三相SPWM逆变器其特点而且是有良好的调节性能、适用性强和更易于控制等优点；三相Z源逆变器克服了传统逆变器的缺点实现输入电压范围宽、兼具升降压，不需要死区等优点，得到良好应用。因此，我们在对逆变器的功能和实现原理的简单研究其意义是很重要的。本文首先从总体原理结构再到部分进行分析，最后用MATLAB进行了原理图绘制和仿真，并对仿真结果进行分析，最后总结收获。 This paper mainly introduces the three-phase inverter and inverter two inverters, each of the two inverter for the principles and their respective function analysis. First mention of the traditional inverter, the most typical in the traditional inverter is most often used to voltage source and current source inverter. The so-called inverter in the whole process and the final output is DC into AC power as the output, the inverter circuit and semiconductor power devices is the structure of the main two parts. In the inverter system inverter, inverter is the core of the inverter circuit realization. A complete inverter circuit should include input and output, control and protection circuit and so on, are through semiconductor switching device turn-on and turn off to finish the whole inverter system work. SPWM technology has become the most widely used PWM technology, SPWM inverter and its characteristics is a good regulation performance, strong applicability and more easy to control; three-phase Z inverter overcomes the traditional shortcomings of inverter to realize a wide input voltage range, both ascending and descending pressure, need not dead etc., have good application. Therefore, we are very important in simple research on inverter functions and implementation principle and its significance. Firstly, from the overall structure to the parts of the analysis, finally has carried on the theory chart drawing and using MATLAB simulation, and the simulation results were analyzed, finally summarizes the harvest.Keywords: SPWM inverter; inverter; the traditional inverter circuit; MATLAB simulation.目录第一章 三相逆变器61.1三相逆变器的基本工作原理61.2三相逆变器电路原理61.3逆变器的保护功能7第二章 逆变器结构及典型逆变器92.1 逆变器实现从直流电到变频变压交流电的转换92.2电压源型和电流源型逆变器102.3三相电压型和电流型逆变电路图与分析12第三章 直流升压电路和MCU控制器153.1升压斩波电路的基本原理153.2升压斩波电路的分析与应用163.3 MCU控制器17第四章 三相SPWM逆变器194.1 SPWM的工作原理194.2 三相PWM逆变器的工作原理和结构电路194.3 SPWM的基波电压和空间矢量PWM调制204.4 最大升压调制法和简单升压调制法234.5新型逆变器-阻抗源型逆变器23第五章 运用MATLAB绘图与仿真245.1三相电压型SPWM逆变器仿真26参考文献30致谢31插图清单图1-1 逆变器基本结构原理图 6图1-2 逆变器主电路组成6 图2-2 电压源型逆变器拓扑10图2-23电流源型逆变器拓扑11图2-4 三相电压型桥式逆变电路13图2-5电流型逆变电路图13图3-1 升压斩波电路图 15图3-2 直流电动机反馈能量的升压斩波电路图17图3-3微控制器内部结构图18图4-1 三相桥式PWM逆变电路20图4-2 三相全桥逆变器空间矢量二维坐标图22图5-1 逆变器电压调制MATLAB仿真图24图5-2 逆变器电压输出波形25图5-3 三相SPWM逆变器仿真模型26图5-4 参数设置对话框27图5-5 SPWM波形发生器27图5-6 参数设置对话框28图5-7 三相SPWM逆变器输出电压波形28引言 最近几十年, 世界各国环境压力越来越大，同时传统能源供应越来越吃紧。各国科技人员一边大力研究节能降耗，另一方面也在积极寻求可替代的新能源，诸如太阳能、风能、潮汐能等。这些新能源都有一个共同特点，直接由发电机发出的电能需要一系列转变才能为人类利用。逆变器，在这个转化过程中扮演者很重要的地位。在以往的太阳能发电系统中，电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器(CSI)获得最广泛的使用。但这两种逆变器在自身原理上都有较大的缺陷，总结为两点，第一，逆变桥需要加入死区时间，使系统输出电压电流畸变增大；第二，输出端电压只能低于或高于输入端电压，当输入电压波动范围大则需另外附加升压或降压环节，降低了系统整体效率。那么SPWM正弦脉冲调制拥有了不同的优点及特点比如说开关频率固定而且它的控制和调节性能是是其他调制技术所不能代替的，需要说明的一点是它能消除电压中的谐波使输出波形中只含固定频率的高次谐波分量。由于SPWM技术的发展和广泛应用，为逆变器的发展也提供了很大的进步空间。本文最后提到的研究对象Z源逆变器是由美国密西根州立大学彭教授提出，能克服传统逆变器的缺点，实现输入电压范围宽、兼具升降压，不需要死区等优点。逆变器的研究逐渐成为电气领域的热点，对于能量的转换具有非常大的现实意义。 本设计首先对传统逆变器、SPWM逆变器和逆变器MATLAB仿真进行原理介绍，然后分析其特点，其中对部分控制电路和驱动电路进行了分析，最后进行仿真和总结。第一章 三相逆变器 在现实很多应用中单相逆变器不能满足工作要求，因此需要三相逆变器来讲直流电转变成交流电，在工业和各种机械电动机设备中都有不可或缺的重大作用。逆变器主要应用领域是：控制中心与民航机场应用的由工频变换成中频的静止变频器，提高电能质量的不间断电源（UPS）应用于感应加热的高频电源，应用于交流电动机调速的变频调速器等。本章先后介绍了三相逆变器的电路原理及其作用。1.1三相逆变器的基本工作原理逆变电路输出滤波直流升压电路滤波MCU控制器推挽控制过流检测反馈交流电压反馈过流检测反馈SPWM驱动直流输入输出直流电压反馈图1-1 逆变器基本结构原理图1.2三相逆变器电路原理图1-2 逆变器主电路组成下面对逆变器原理图进行几点说明： (1) 输入输出隔离电路J1、J2、J3、J5、J6 电路中除了J4外，其他的输入输出隔离开关都有共同的作用对电路在工作过程中出现的各种故障进行安全隔离来保障系统的安全和操作安全，而且还可以把故障范围限制。 (2) 中间支撑电路C1、C3； R2、R3 主要由滤波电容C1、C3组成。如图1-2所示，滤波电路在逆变器系统中其主要功能就是过滤电压波形，能够稳定电压的变化，无论负载变化与否。一般我们所使用的逆变器功率会比较大，这就要求了我们在选择滤波电容时考虑其容量就不能太小否则不能满足要求。但由于电解电容的电压等级限制（一般最高工作电压为450V），需要两个电容串联后再并联。 (3）缓冲电路 由R1和J4组成。首先提到缓冲电路它最主要的功能就是抑制系统的过电压和过电流，所以缓冲电路可以对真格系统起到保护作用提高系统的可靠性。如图1-2所示，缓冲电路的工作过程是输入端加直流电压，电容通过缓冲电阻R1充电，电容可以使电压不能突变，当电压值达到一定值时，J4合闸从而将R1短路，R1一旦短路则三相逆变电路开始进行逆变工作。 (4) 桥式三相逆变电路 如图所示三相桥式逆变电路主要由六个全控型开关器件IGBT和与其向并联的六个二极管D1-D6以及相关的电阻电容和电感等组成。IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是目前使用最广泛的开关器件之一。主要是由于它集中了其他器件的优点能安全可靠节能工作。能保持开关频率高驱动功率小同时对电压和电流的容量也有一定的高度。三相逆变电路就是逆变器实现逆变功能的核心工作转换部分，所以在对其作用和研究组成原理的意义很重要。 (5) 交流滤波电路 从图中可以看出整个滤波电路是由电感L1-L3和电容C1-C3构成，所谓滤波就是对逆变过程中产生的波形进行过滤，可以有效的消除早起产生的PWM波形中的谐波含量，从而保证输出为正弦波。同时消除谐波还可以提高系统的工作效率和通信稳定性还可以降低无功功率的损耗，在整个系统中起着重要作用。1.3逆变器的保护功能（1）过压保护 逆变器在工作过程中由于电源电压、电动机和电容电感等原因往往会出现过电压的情况，这时就需要一个过电压的保护电路，它会对系统出现的各种过电压进行有效的处理。如果是电源电压故障，保护电路会自动断开以方便进行检查和维修，当检修完成后逆变器系统会正常工作；如果是电机出现问题时，保护电路会隔离来保护系统。（2）欠压保护 在逆变器正常工作时，由于电网电压的波动会造成有时输出的交流电压会欠压，这样就不能满足设备对于电压和功率的要求，就需要进行欠压保护。在进行欠压保护时逆变器可以继续工作不停止，这是逆变器会采取降频降压的工作方式，也有些情况下欠压保护工作只是进行提示作用，使用时可定期进行维护。（3）过流保护 逆变器在下列情况下会出现过流： （a）负载尤其是电动机负载的冲击； （b）输出侧短路； （c) 三相桥式逆变电路中可能会因自身全控型器件出现各种不同故障而导致系统过流，这就需要设计过流保护。当逆变器输出侧和负载发生短路时，逆变器系统会及时对此故障形成封锁来保护系统电路。在选择全控型器件时就要求器件本身的可靠性要足够高从而保证系统过流保护。逆变电路通常的过流保护会通过检测全控型器件内部的驱动模块来实现，检测其管压降Uce.当故障发生时，Uce会发生变化，根据变化来判断是否过流并采取保护对策，如减低驱动脉冲的幅值、封锁脉冲等。 (4) 过载保护 逆变器在工作时可能会出现各种原因而导致，输出的交流电压会超出其自身所容许的输出，这样逆变器就出现了过载。当逆变器过载时系统要能够及时给出反馈，以便于来检测和调节过载输出，通常这种过载检测都是由传感器来完成。对于过载保护通常会设定一个固定保护时间和固定的过载倍数，当过载高于这个设定的倍数时保护时间会相应的低于设定时间，当过载倍数低于设定倍数时保护时间会延长。 (5) 过热保护 任何系统在工作过程中会产生能量损耗并且以热能的形式向外散发，比如本次所说逆变电路中所使用的全控型开关器件由于工作时需要其按一定的频率进行不断转换来达到最终的逆变，还有系统中的驱动、保护、检测等各个模块在工作时都会产生或多或少的热量。这就需要我们进行过热保护。逆变器工作时开关器件的工作开关频率高低直接与其发热成都成比例，当全控型器件开关频率高时，因此散热器温升相对升高。当散热器的温度达到一定值时（设置为65ºC80ºC不等），风扇启动。当逆变电路系统工作热量过高时，过热保护电路会对电路进行检测然后进行汇报和提示。 当然逆变器在使用过程中可能会遇到某些故障，逆变器的可靠性对整个系统的可靠性至关重要，在提高逆变器可靠性的同时，在对故障分析时应考虑一下几点：a 在逆变器启动工作之前进行一次电路的安全性检测以保证系统电路是否正常，不会出现缺相等故障。b 应当避免逆变器在空载输出情况下突然加上负载，也就是主开关在断开状态下不能突然合闸。c 当需要两个逆变器工作时应当注意两个逆变器的电源来源要统一，而且不能并联在一起。d 开关器件的换相要考虑，信号的控制要尽量使同信号线尽量放在一起。只有在良好的使用情况下逆变器才能稳定可靠长久工作。 下面将具体介绍几种逆变器的工作特性和工作原理图。第二章 逆变器结构及典型逆变器2.1 逆变器实现从直流电到变频变压交流电的转换开始初始化参数变量初始化寄存器延时延时初始化I/O口及A/D采样寄存器取得ia、ib电流编移量开中断允许PWM输出读取设定电流及细分数主循环（检测细分开关状态及记录转子位置读取E2PROM中电机转子初始位置各部分电路的主要功能： （1） 输入电路： 所谓输入电路就是为逆变器工作时提供电源和所需的直流电压。 （2） 输出电路： 通过逆变器对直流电的逆变，并在过程中进行滤波、反馈、调制等从而输出交流电的整个过程电路，从而达到使用设备的需要。 （3） 控制电路： 顾名思义就是控制整个系统正常工作的电路，包括全控型开关器件，电容电感的接入与否和控制电路逆变时产生的脉冲，控制电路时整个电路系统的指挥官。 （4） 辅路电路： 就是在系统工作时进行电压变化和检测，以保障逆变器系统正常运行。 （5） 保护电路： 主要包括输入与输出时过电压、过电流、负载过大和过热保护等。 （6） 主逆变电路：主要由全控型开关器件和与其相并联的二极管及相应的电感和电容等组成，是逆变器转换工作核心。2.2电压源型和电流源型逆变器电压源型逆变器的直流侧输入为直流电压源，常常可用在再生能源发电系统中，直流电压源可以是太阳能电池板、燃料电池。下图2-1所示为三相桥式电压源型逆变拓扑。图2-2 电压源型逆变器拓扑如图2-2所示，直流侧电容是为了稳定直流侧输入电压，逆变桥中与每个功率管反并联的二极管用来保证反方向电流的流通，防止功率管被击穿。电压源型逆变器拓扑获得了广泛的应用，在于其输出电压波形不随负载的改变而改变。但其自身也存在一些理论缺陷，即电压源型逆变器只能实现降压，即其交流端电压幅值不会超过直流侧输入电压。这样就限制了它的应用场合，在直流侧输入电压较低的情况必须要加入DC-DC升压装置，对系统的效率有较大的影响。同时，在任意时间，同一桥臂的两个开关管不能同时打开，否则会造成电源短路，烧毁开关管，因此工程应用中必须在开关管切换时加入一定的死区时间，死区时间会造成输出电压波形畸变严重4。电流源型逆变器的直流侧输入为直流电流源，下图2-3所示为三相桥式电流源型逆变拓扑。 图2-23电流源型逆变器拓扑如图2-3所示，直流侧大电感用来储能，输入呈现高阻电流源特性。电流源型逆变器输出端需并联电容提供容性负载，当输入端直流电流稳定时其输出电流波形不随负载变化而变化。由于其结构与电压源型逆变器形成对称，其自身同样存在一些理论缺陷，电流源型逆变器只能实现升压，即其交流端电压幅值不会小于直流侧输入电压。同样，这也限制了它的应用场合，在直流侧输入电压太高的情况必须要加入DC-DC降压装置，会降低系统的转换效率。同时，工作过程中，开关管必须阻断反向电压，因此高性能IGBT无法应用。因为直流侧大电感在任意时间不能被开路，所以三相桥臂任意时间内必须维持至少其中一相导通。 电压源型和电流源型逆变电路中最常用的是三相桥式逆变电路，下面就三相桥式逆变器的输出电压进行定量分析。把输出线电压展开成傅立叶级数得： (2-1)式中，n=6k+1,k为自然数。输出线电压有效值U为： （2-2）基波幅值和基波有效值分别为： （2-3） （2-4） 把负载时的相电压展开成傅立叶级数可以得到 （2-5） 式中，n=6k+1或6k-1,k为自然数。 负载相电压有效值为： （2-6） 基波幅值和基波有效值分别为： （2-7） （2-8）2.3三相电压型和电流型逆变电路图与分析 现在使用比较普遍的是三相电压型和三相电流型逆变电路，逆变电路中实现逆变的核心部分就是逆变电路，逆变电路可以分为电压型和电流型，因为他们的直流侧电压的性质不同来进行区别分类。 三相逆变电路可以由三个单相逆变电路构成，在三相桥式逆变电路中选择性能优异的IGBT作为可控开关器件，能够让系统工作更容易实现和节约电能。电路原理图如下所示。图2-4 三相电压型桥式逆变电路 下面介绍一下三相桥式逆变电路的基本工作原理，三相桥式逆变电路基本工作方式是从单相和半桥转变过来的，它们最实质的原理还是一样的。首先就是全控型开关器件的导通方式和导通角度，在系统电路工作过程中总是由三个桥臂同时导通来完成逆变电路的工作。现在的逆变电路大部分都采用相同的导通角度和开关工作方式，希望逆变器的研究可以突破实现进一步飞跃发展。 下面将介绍三相电流行逆变电路，就像前面所述，直流电压为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。电流型逆变电路通常会在直流侧串联大电感来稳定电压，这样有利于电路工作时系统的稳定性提高。可靠型器件选择GTO，我们利用的是它的反向阻断能力，在GTO工作时我们应当考虑到对于反向电压的处理，那就是在每个GTO上并联二极管来解决。需要说明的是，电容用来吸收能量在电路工作时很重要。图2-5电流型逆变电路图 就本图来说是典型的电流型逆变电路，下面简单介绍其工作原理。和很多电路的工作方式一样选择器件的导通角度为120度。每个晶闸管按顺序导通一次相隔60度导通，每个桥臂一周期内导通120度。逆变电路工作的每个时刻都会有两个桥臂同时导通，分别为上下桥臂中的一个。换流是在一侧内部完成的横向进行。 逆变输出的电压波形图是正弦波，但是不是十分标准，这是由于逆变工作时会产生谐波，影响最终结果。 输出交流电流的基波有效值和直流电流的关系为： 有上式可以看出电流型和电压型它们的最终逆变输出的形式相同而且有效数据的系数也相同。第三章 直流升压电路和MCU控制器3.1升压斩波电路的基本原理 首先简单介绍一下斩波电路的本意，斩波电路原来是指在电力器件及系统运用中，出于某种需要,将电压正弦波的一部分给“斩掉”。通过直流侧输入的直流电由一个全控型开关器件和电容电感等共同构成升压斩波电路的主体，可以将直流电进行斩波分析形成一个个脉冲段。 如图3-1所示，该电路中也是使用一个全控型器件。 图3-1 升压斩波电路图 下面对电路图进行简单的分析，首先我们假设电路中电感值很大，电容值也很大。设开关导通时间为t1，此阶段电感积蓄能量，当开关断开时，电感释放能量，那么在这个过程中能量守恒，即吸收的能量等于释放的电能。根据能量守恒，在一个周期中，当电路在稳定状态下吸收的等于释放的能量1。 基本公式为： （3-1） (3-2)上式中的将升压比的倒数记作，即 ，则和导通占空比有如下关系： （3-3）上式可表示为： (3-4) 最终实现了升压，其关键有两个原因：一电感可以储存能量，二电容可以使电压稳定。 如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即： （3-5） 输出电流的平均值Io为： （3-6） 电源电流I1为： （3-7）3.2升压斩波电路的分析与应用 在此电路工作过程中要求电压保持不变，我们可以通过电容来维持电压的稳定，就要求电容必须足够大，通过它向负载放电，这样电压就会有所下降而使得电路的运行效果下降而影响最终的实验结果。但只要电容值足够大可以有效的减小误差，在实际中可以忽略。 升压斩波电路主要由以下三方面的应用：一 用在直流电动机传动电路中；二 常用在单相功率因数校正电路；三 用于其他交直流电压中4。 在使用到直流电动机中用升压斩波电路时，通常是用作直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源，此时的电路如图3-1所示，只是其中的电源换成电动机。需要补充说明的是此时电动机的反电动势相当于图3-1中的电源，此时的直流电源相当于其中的负载，其工作原理完全相同，故可以进行分析计算。通常会并联电容来稳定电压，但直流电压源基本不变，所以不必并联电容4。 图3-2 直流电动机反馈能量的升压斩波电路图 下面对电路工作在工作在断态和通态进行分析： 当可控开关处于通态时，设电动机的电流为i1，得下式： （3-8） 式中，R为电动机电枢回路和线路的电阻之和。 解上式得： （3-9） 当电流处于断态时，设电动机电枢电流为i2得下式： (3-10) 与降压斩波电路一样上面两式用泰勒级数线性近似，得到输出电流平均值，要判断电路电流断续工作状态可根据标准求得。 3.3 MCU控制器 首先简单介绍微控制器的基本原理和组成结构，如图所示，微控制器也成为单芯片微控制器，是将ROM、RAM和CPU等集合在同一个芯片上。在不同的应用场合可以有不同的组合来实现各种控制。其发展在不断的进步由最开始的4位到现在的64位。计时器、计数器、看门狗类比转换数位界面数位转换类比界面中断产生器OSD荧光关串列输出DTMF液晶驱动装置脉宽调制累积器运算逻辑单元堆叠指标随机存取记忆体程式记忆体PROGRAM 图3-4 MCU架构示意图 图3-3微控制器内部结构图 （1）程序内存 程序内存中存放了开发时就存在的程序可控使用者使用，但不可以在其中写入。其中的程序时效性很长。微控制器之所以动作是因为储存在此区域内的程序指令动作。在8位单芯片中常见的程序内容量有0.5k、1k、2k、4k、8k。（2）累积器 在累积器中存放了大量的资料和程序指令，可以一直存在等待被使用和访问。 （3）缓存器 顾名思义就是微控制器内部存放时效性资料，不同的缓存器在不同的位置执行不同的功能，但它们有共同的特点就是可以直接读或写。缓存器在微控制器的内部，可直接访问，方便且节省时间。 下面将具体介绍使用很广泛的一种逆变器，三相SPWM逆变器。第四章 三相SPWM逆变器4.1 SPWM的工作原理 首先简单介绍一下最简单也是最基础的波形调制PWM。PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过对可控性开关器件的开通与关断时间之比，从而调节电压的输出波形来实现脉冲宽度的调制。调节电压波形还可以进行频率调制，即改变开关的导通与关断次数6。 SPWM是在PWM的基础上把开关的导通与关断时间比进行正弦规律排列，从而达到正弦脉冲宽度调制。使输出的波形更加的规则化，方便我们进行等效技术和模拟。 SPWM波的形成过程需要精确的控制可靠型开关器件的开通和关断时间之比，还有精确的计算出三角波和正弦波的两个交点。整个计算过程可以用计算机来实现，通过各个模块的配合可简单精确实现。在其中使用到的调制算法主要有自然采样法和规则采用法等，规则采用法更加利于实现而且计算量小。4.2 三相PWM逆变器的工作原理和结构电路 在逆变器中我们会对电压波形进行调制，PWM技术在逆变电路中得到了重要且广泛的应用。在电压波形调制中选择PWM调制得到的是等效直流波形，而SPWM的性能更为优越得到的是等效正弦波形，更方便我们进行定量计算和等效。无论是PWM和SPWM技术它们最基本的原理还是面积等效原理。以上所述都是规则调制，还可以进行不规则调制。 目前三相逆变电路最常用的是三相桥式逆变电路，下面对三相桥式逆变电路的原理结合图来简单说明一下。 三相桥式逆变电路如图所示，由六个全控型开关器件来完成逆变，由于IGBT综合性能优异，故使用较多。也可以使用晶闸管，但往往需要额外加上外电源来实现逆变完成。 图4-1 三相桥式PWM逆变电路 如图所示，我们可以看到整个电路由六个全控型器件和相应的与其并联的二极管及电容电感等，利用可控开关器件的关断能力，可以实现直流到交流的逆变，而且开关器件的频率就是交流电的频率。而二极管我们成为不可控器件，它的作用是为我们进行反馈调节，而且当其所对应的全控型器件处于关断时，它可以为电流连续提供续流通道。 在三相桥式逆变电路中，各管的导通次序同整流电路一样，也是Q1、Q2、.Q6、Q1Q6各管的触发信号依次互差60。在逆变电路中全控型器件的导通我们最常用到的是180度和120度两种，在原理上完全相同，只是在空间中相差了一个角度，180度的上下两个桥臂导通互补，而120度的两个晶体管会同时导通但在导通过程中会有一个角度差为60度。还可以将全控型器件的导通角度设置为150度，无论导通角度为多少它们的基本原理都一样。在不同情况下选择合适的角度。4.3 SPWM的基波电压和空间矢量PWM调制 我们通常在说到电动机的电压时，在电压中我们所想要的是有更多基波，在对SPWM波形进行分析时我们希望其基波所占比例能尽可能多，这样可以提高效率和电压利用率。将SPWM波形展开成傅立叶级数可以有效的帮助我们找到基波电压它是一个对称的正弦波且是奇次周期函数。下面是其表达式： k=1.3.5. (4-1) (4-2) 要注意到，在SPWM逆变器中会出现电压利用效率偏低的情况，输出电压的基波相比情况下会是交-直-交变频器的85%-90%，这样就好导致电机对电压的利用降低，由于电容的作用是稳定电压，所以为克服以上的不足之处，并联一个容量大的电容可以起到稳定和提高电压的作用。 下面分别介绍脉宽调制的制约条件和SVPWM原理（1）脉宽调制的制约条件 由于脉宽调制的特性，逆变器主电路的开关器件的开关频率在电压输出的期间开关频率为n。如果想要SPWM的调制准确性越高，则要求我们把开关频率提高，可以把正弦波形分成很多波段，各个波段的脉冲宽度会相应的减小，从而可有效的提高精确到。但在实际情况中，由于开关器件自身的限制会导致调制的准确性受到限制。这就是最终的制约条件。 那么什么是SVPWM控制呢，下面进行简单介绍。（2）空间矢量PWM控制 空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术，其原本目的是从被控制的电机角度出发，目标是让三相交流电机产生圆形磁场，以逼近电机的最佳性能。随着研究的深入，空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术，也是一种非常实用的三相电压源逆变器控制技术,现在已经广泛应用于逆变器、交流电机、永磁同步电机的控制中6。SVPWM技术具有电压利用率高、输出电压谐波值较小、数字化实现较为容易等诸多优势。（3）空间矢量算法原理 为了进行模拟三相正弦波电压供电时所形成的空间效果，可以用三相逆变器中不同的电路开关状态来模拟实现，效果非常接近。这八种矢量可以通过-坐标变换，将代表三相电压的三维矢量映射到更为简单地的-二维坐标系，两个零矢量落在坐标原点处，其他六个非零矢量分别相隔60度，并将坐标以原点为中心分成六个扇区。将六个矢量的终端依次连接，构成一个正六边形，如下图4-2所示1。 假设T0是两个传统零矢量之和，T1、T2分别为两个矢量的作用时间之和T为载波周期假设当前输出电压在扇形I区，则在图4-2二维坐标系中可以得到以下等式： （4-3） 图4-2 三相全桥逆变器空间矢量二维坐标图扇区系数N与所处扇区的关系如表4-1所示。表4-1扇区系数N与所处扇区的关系表扇区系数N315421所处扇区 令，综上叙述可以计算出，和，定义 （4-4） 在六个扇区对应的相邻非零矢量作用时间分配如下表所示表4-2 不同扇区，与，和关系表扇区-4.4 最大升压调制法和简单升压调制法最大升压调制法 这种调制法其原理是同事原本的八种传统零矢量顺序保持不变。最大升压调制法插入直通区间