变频器中逆变电路的类型

    脉冲宽度调制(PWM)技术分为两大类，即电压控制型PWM技术和电流控制型PWM技术。

    电压控制型PWM控制技术中以正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术最成熟，使用最广泛。用脉冲宽度按正弦规律变化，而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中的半导体器件的通断，使其输出等效于正弦波。这样，逆变电路输出电压的基波就是正弦波。通过改变调制波的频率和幅值，则可调节逆变电路输出电压的频率和幅度值。根据不同的主电路又衍生了不同的SPWM控制技术。如二极管钳位式多电平逆变器，应用载波层叠SPWM法(CD-SPWM)；级联式多电平逆变器，采用载波移相SPWM法(CDS-SPWM)；还有用上述两者相结合的SPO-SPWM法，可消除特定的谐波。

    电流控制PWM法有滞环比较法、三角波比较法、预测电流控制法等。

    滞环比较法动态性能好，输出电压不含特定频率的谐波分量，其缺点是开关频率不固定，会形成较为严重的噪声。

    三角波比较法开关频率一定，因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点，但这种方法电流响应不如滞环比较法快。

    预测电流控制法具有较快的响应速度和精度，但需要更多的工作条件调节控制电路。

    目前，变频器中主要有方波逆变电路和正弦式脉宽调制SPWM逆变电路两种。

   (1)方波逆变电路

    图2-39所示为方波逆变电路，整流滤波电路属于电压型供电电路。

    图2-39    方波逆变电路

    方波逆变电路是指逆变电路中的功率晶体管工作在开关状态，驱动信号是PWM脉冲，逆变电路由6个晶体管接成桥式输出电路，6个晶体管相当于6个开关，通过不同的开关组合方式可以控制送给电动机三相绕组中电流的方向，从而形成旋转磁场。通过改变驱动信号的频率可实现变频控制。

    由于方波逆变电路产生的是脉冲电流，脉冲电流的冲击性很强，其所含的谐波成分较多，会使电动机发热且转矩脉动大，在低速运转时速度不平稳。可采用以下方法解决这一问题：

   (1)采用多个方波逆变电路组成多重波逆变电路，产生接近正弦波的电流去驱动电动机：

   (2)采用近似正弦波的脉宽调制信号(SPWM)逆变电路产生与正弦波等效的SPWM波去驱动电动机。

   (2) SPWM逆变电路

    图2-40所示为SPWM逆变电路。

    图2-40    SPWM逆变电路

   SPWM变频器中的逆变电路与方波逆变电路基本相同，两者的不同主要在于转速控制电路，SPWM变频器的转速控制电路产生SPWM波去驱动电动机；而方波变频器的控制电路产生普通的脉冲方波去驱动电动机。

    转速控制电路产生脉冲宽度调制信号( PWM)去控制逆变电路，使之产生SPWM波提供给电动机。在转速控制电路中是将电动机的速度信号与基准信号相比较形成控制信号，然后将电压信号变成频率信号去驱动电动机，转速控制电路对基准信号的处理方法不同，可分别使用运算法、调制法和跟踪法得到PWM波，实现对逆变电路的控制。

    ①运算法PWM控制电路

    运算法脉宽调制信号产生电路是根据当前电动机的速度信号和设定信号，参照基准正弦信号计算出SPWM脉冲的宽度和间隔，输出相应的PWM控制信号，去控制逆变电路，产生正弦波等效的SPWM波。

    图2-41所示为运算法PWM控制电路工作原理。

    图2-41    运算法PWM控制电路工作原理

    上述运算法PWM控制电路结果比较复杂，调试过程比较繁琐，因此在PWM控制电路中较少采用。

    ②正弦波调制法PWM控制电路

    正弦波调制法PWM控制电路是以基准正弦波作为调制信号，以等腰三角波作为载波信号，用正弦波调制三角波来得到调制信号再转换成脉宽调制信号，去驱动逆变电路产生与正弦波近似的SPWM波。

    图2-42所示为正弦波调制法PWM控制电路工作原理。

    图2-42    正弦波调制法PWM控制电路工作原理

    ③跟踪法PWM控制电路

    跟踪法PWM控制电路是将希望输出的波形作为指令信号，把实际的波形作为比较信号（反馈信号），通过瞬时比较产生PWM信号，去控制逆变器电路。

    跟踪法PWM控制电路可分为滞环比较式跟踪法PWM逆变电路和三角波比较式跟踪法PWM逆变电路。

    ·滞环比较式跟踪控制PWM逆变电路

    滞环比较式跟踪控制PWM逆变电路采用的是滞环比较器，根据反馈信号的不同，可分为电流型滞环比较式和电压型滞环比较式。

    图2-43所示为滞环比较式跟踪控制PWM逆变电路工作原理图。

    图2-43    滞环比较式跟踪控制PWM逆变电路工作原理图

    图2-44所示为三相电流型滞环比较式跟踪控制PWM逆变电路。

    图2-44    三相电流型滞环比较式跟踪控制PWM逆变电路

    ·三角波比较式跟踪控制PWM逆变电路

    三角波比较式跟踪控制PWM逆变电路是由误差检测电路、误差放大器、三角波比较器、三角波发生电路以及逻辑控制电路等部分构成的，图2-45所示为三角波比较式跟踪控制PWM逆变电路工作原理。

    图2-45    三角波比较式跟踪控制PWM逆变电路工作原理

    误差检测电路输出的误差电流先由误差放大器进行放大，然后再送到三角波比较器与三角波进行比较后，输出相应的PWM控制信号，再经逻辑控制电路去控制逆变电路相应的开关器件的通断，使各相输出的电流接近基准电流，即反馈电流朝着与该相基准电流误差减小的方向变化。

   (3)多台逆变器并联的系统

    对于固定直流电压的变频器电路，由于直流电压不需要改变，可以将多台逆变器公用一套直流电源，其结构如图2-46所示。

    图2-46    多台逆变器并联的系统

   (4)3电平控制的逆变器电路

    前述的逆变器电路都是2电平控制的逆变器，为了减少冲击电流、降低辐射噪声和减少漏电流，可采用多电平控制的方式，其中3电平控制方式较多，其主电路的结构如图2-47所示。

    图2-47    2电平、3电平控制的逆变器电路