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第4章 DC－AC变换器 4.1 概述 DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流输入电压（或电流）变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压（或电流），并向无源负载（如电机、电炉、或其它用电器等）供电的电力电子装置。 DC-AC变换器又称为无源逆变电路，常简称作逆变器（Inverter）。 能把一定幅值的直流输入电压（或电流）变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压（或电流），并向电网供电的电力电子装置称为有源逆变电路,习惯作为整流器电路的馈能运行来讨论 本章将只讨论无源逆变电路——逆变器。 4.1 概述 在工程与民用邻域,逆变器具有广泛的应用，如： 电气传动中的变频器、热处理中的感应加热电源、通讯与办公系统中的不间断电源（UPS）、特种电源中的电镀电源和焊接电源、风光发电系统中的逆变电源等。 可见，逆变器是一种将直流电能变换为交流电能并向无源负载供电的重要电力电子电路 重点学习内容: 逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。 逆变器的三种基本变换方式——方波变换、阶梯波变换、正弦波变换。 方波逆变器的基本电路及其特点。 4.1 概述 重点学习内容: 逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。 逆变器的三种基本变换方式——方波变换、阶梯波变换、正弦波变换。 方波逆变器的基本电路及其特点。 阶梯波逆变器的基本电路及其特点。 正弦波逆变器及其SPWM控制。 空间矢量PWM控制的基本问题——原理、矢量分布、矢量合成。 4.1.1 逆变器的基本原理 如何完成直流－交流这一变换呢？ 考虑采用开关切换的方式将直流量变换成交流量 完成直流电压变换的逆变器称为电压型逆变器 完成直流电流变换的逆变器则称为电流型逆变器。 图4-1a所示电压型逆变器直流侧采用足够容量的电容滤波，因此直流侧电压基本不变 4.1.1 逆变器的基本原理 逆变器的输出电压为幅值与直流电压幅值相等的方波电压，其输出电流波形取决于负载对方波电压的响应 若考虑到负载的无功缓冲，则图4-1a中的开关管必须具有电流双向流通的能力，为此可采用单向功率管反向并联续流二极管的组合来实现开关管的电流双向流通特性 4.1.1 逆变器的基本原理 图4-1b所示电流型逆变器直流侧采用足够容量的电感滤波，因此直流侧电流基本不变 逆变器的输出电流为幅值与直流电流幅值相等的方波电流，其输出电压波形取决于负载对方波电流的响应 若考虑到直流电流的单向性以及负载的无功缓冲，则图4-1b中的开关管必须具有电流反相阻断的能力，考虑到常规功率管弱的反向阻断特性，为此可采用单向功率管顺向串联二极管的组合来实现开关管的反相电流阻断特性。 4.1.1 逆变器的基本原理 以图4-2a所示的单相电压型全桥逆变器原理电路来讨论逆变器的基本原理。 图4-2a中，当功率管VT1（VD1）和VT4（VD4）导通而VT2（VD2）和VT3（VD3）关断时，输出电压为正的方波电压；当功率管VT2（VD2）和VT3（VD3）导通而VT1（VD1）和VT4（VD4）关断时，输出电压为负的方波电压。 单相全桥电路的输出波形如图4-2b所示，显然，输出的正、负方波电压幅值相等 若使输出的正、负方波电压宽度相等，则输出电压的正、负半周的面积相等，从而实现了直流电压到交流电压的变换，这就是实现逆变器的基本思路。 4.1.1 逆变器的基本原理 方波变换方式 方波变换方式是实现DC-AC最简单的变换方式，一般而言，方波变换时逆变器的交流输出有两种基本调制方式：脉冲幅值调制（PAM－Pluse Amplitude Modulation）和单脉冲调制（SPM－Single Pluse Modulation）。 脉冲幅值调制（PAM）是指：逆变器的输出频率可由180°方波（如图4-3a所示）或120°方波（如图4-3b所示）的周期来控制（如图4-3c所示），而逆变器输出基波的幅值则由输出方波的幅值即逆变器直流侧电压（或电流）的幅值来控制，如图4-3d所示。 显然，采用PAM控制方式时，其方波的导通角恒定（180°方波或120°方波）。 4.1.1 逆变器的基本原理 方波变换方式 单脉冲调制（SPM）是指：逆变器的输出频率仍由方波的周期来控制，而逆变器输出基波的幅值则由逆变器输出方波的导通角进行控制，即可使导通角在0°～180°范围调节，逆变器的输出波形如图4-3e所示。 显然，采用SPM控制方式时，逆变器输出方波的幅值即逆变器直流侧电压（或电流）的幅值恒定。 4.1.1 逆变器的基本原理 方波变换方式 采用SPM变换方式时，由于逆变器输出方波的幅值一定，因此逆变器直流侧可采用较为简单的不变幅值的直流电源整流输入方式（如二极管整流电路）。 但是SPM方式由于需要调节方波的导通角，因而需要采用快速功率元件（如IGBT等） PAM方式由于需要控制逆