① 0~t2：V1 栅极高电平，V2 栅极低电平，因此V1 为通态，V2为断态，则负载电压uo?Um?Ud/2。 ② t2时刻：V1 开始关断，但感性负载中的电流io不能立即改变方向，于是VD2 导通续流（称为续流二极管），则负载电压uo??Um??Ud/2。直到t3时刻io降为零时，VD2 截止，V2开始导通，负载电压仍为uo??Um??Ud/2，io反向。
③ 其他时刻同理。
（4）有功功率与无功功率
① 当V1或V2 为通态时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载提供能量。
② 当VD1 或VD2 为通态时，负载电流与电压反向，则负载电感中储存的能量向直流侧反馈，即负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容中，直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。 （5）应用说明
① 上述电路中开关器件若为晶闸管，则需要使用强迫换流电路。
② 半桥逆变电路优点是结构简单，使用器件少，但缺点是输出交流电压幅值仅为Ud/2，且直流侧需要两个电容器串联。
③ 半桥逆变电路常使用在几千瓦以下的小功率逆变电源中。
4.2.2 三相电压型逆变电路
4.2.2.1 三相电压型桥式逆变电路 （1）电路图
① 开关器件为IGBT。
② 直流侧由两个电容器组成，电压中点为N?。 ③ 直流电压为Ud，因此“+”电压为Ud/2，“—”电压为?Ud/2。 ④ 负载侧中点为N。
（2）工作方式（180o导电方式）
① 每个桥臂（上或下）的导电角度为180o，同一相上下两个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120o。
0o~60o 60o~120o 120o~180o 180o~240o 240o~300o 300o~360o V1 V6 V5
V1 V6 V2 V1 V3 V2 V4 V3 V2 - 21 -
V4 V3 V5 V4 V6 V5 ② 任一瞬间，将有三个桥臂同时导通，可能是上面一个桥臂下面两个桥臂，也可能是上面两个桥臂下面一个桥臂同时导通。
③ 每一次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，即纵向换流。 （3）负载线电压波形
① 针对U相，当桥臂1导通时，uUN??Ud/2，当桥臂4导通时，uUN???Ud/2，因此uUN?是幅值为Ud/2的矩形波，V、W两相的情况与U相类似。 ② uUN?、uVN?、uWN?相位依次相差120o。
?UUV?UUN??UVN??③ 负载线电压公式：?UVW?UVN??UWN?，幅值为Ud的矩形波，相位依次相差120o。
?U?WU?UWN??UUN?
（4）负载相电压及中点电压波形
?UUN?UUN??UNN??① 负载相电压公式：?UVN?UVN??UNN?
?U?WN?UWN??UNN?其中，UNN?为负载中点N与直流电源中点N?之间的电压。 ② 上式中，通过求解UNN?才能得出负载相电压
将上式相加：UUN?UVN?UWN?UUN??UVN??UWN??3UNN? 11则：UNN??(UUN??UVN??UWN?)?(UUN?UVN?UWN)
33考虑负载侧为三相对称负载，即UUN?UVN?UWN?0
1因此：UNN??(UUN??UVN??UWN?)
3③ 中点电压UNN?的波形：矩形波，频率为UUN?的3倍，幅值为UUN?的1/3倍，即Ud/6。
?UUN?UUN??UNN??④ 负载相电压波形：?UVN?UVN??UNN?，阶梯波，幅值为2Ud/3，三相互差120o。
?U?WN?UWN??UNN?
4.3 电流型逆变电路
（1）定义：直流电源为电流源的逆变电路，一般情况下为大电感形式的直流电流源。 （2）电流型三相桥式逆变电路：
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（3）电流型逆变电路的特点：
① 直流侧串联大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
② 电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③ 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。
第5章 直流-直流变流电路
（1）直流-直流变流电路（DC-DC）定义：将一种直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的装置。 （2）常见的直流-直流变流电路为直流斩波电路。
（3）基本直流斩波电路为：降压斩波电路和升压斩波电路。
5.1.1 降压斩波电路
5.1.1.1 电路原理图
（1）包含全控型器件V，由IGBT组成。
（2）包含续流二极管VD，作用是保证IGBT关断时给负载中电感电流提供通道。 （3）负载：直流电动机，两端呈现反电动势Em。
（4）分析前提：假设负载中电感值很大，即保证电流连续。 5.1.1.2 工作原理分析
（1）给出IGBT的栅射极电压UGE波形，即iG波形，周期为T。
（2）0?t1（ton）期间：IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压Uo?E，由于电感存在，因此负载电流不能突变，所以按指数曲线上升。
（3）t1?T（toff）期间：控制IGBT关断，负载电流经过续流二极管VD续流，负载电压基本为0，负载电流呈现指数曲线下降。
（4）当负载电感值较大时，负载电流连续而且脉动小。
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5.1.1.3 公式
（1）负载电压平均值：Uo?tonE??E，其中?为占空比。 TUo?Em。 R（2）电感L极大时，负载电流平均值：Io?计算题：例5-1
5.1.1.4 总结
（1）通过改变降压斩波电路的占空比大小，就可以改变输出负载电压的平均值。
5.1.2 升压斩波电路
5.1.2.1 电路原理图
（1）包含全控型器件V，由IGBT组成。 （2）包含极大值的电感L和电容C。 （3）负载为电阻R。 5.1.2.2 工作原理分析
（1）当IGBT导通阶段：
? 电源E向电感L充电，充电电流为恒定电流I1；
? 电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，因此输出电压为恒值Uo。 ? 通态时间为ton，此阶段电感L上积蓄能量为EI1ton。 （2）当IGBT关断阶段：
? 电源E和电感L共同向电容C充电，并向负载R提供能量。 ? 此期间，电感L释放的能量为(Uo?E)I1toff。 5.1.2.3 公式
（1）当电路处于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等。 （2）输出电压平均值：EI1ton=(Uo?E)I1toff，因此Uo?Uo。 Rton?tofftoffE?TtoffE。
（3）输出电流平均值：Io?计算题：例5-3
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5.1.1.4 升压斩波电路能够保证输出电压高于电源电压的原因 （1）电感L放电时，其储存的能量具有使电压泵升的作用。 （2）电感L充电时，电容C可将输出电压保持住。
第7章 PWM控制技术
PWM控制定义：即脉冲宽度控制技术，它是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形，其中包含波形的形状和幅值。
7.1 PWM控制的基本原理 7.1.1 面积等效原理
（1）冲量的定义：指窄脉冲的面积。
（2）脉冲面积等效原理：当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，即惯性环节的输出响应波形基本相同。
7.1.2 PWM脉冲等效为正弦半波
（1）正弦半波分成N等份，得到N个彼此相连的脉冲序列，该序列脉冲为等宽度而不等幅值，即脉冲宽度均为?/N，但脉冲幅值不等，按正弦规律变化。
（2）将上述脉冲序列采用脉冲面积等效原理进行等效：采用N个等幅值而不等宽度的矩形脉冲代替，保证矩形脉冲的中点与相应正弦半波脉冲的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦半波脉冲的面积（冲量）相等，这样能够保证矩形脉冲与正弦半波脉冲的作用相同。
（3）PWM波形：上述一系列等幅值而不等宽度的矩形脉冲就是PWM波形。
（4）SPWM波形：当PWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化，与正弦波等效时，称为SPWM波形。
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
7.2.1 PWM调制法
针对逆变电路：
调制信号：希望逆变电路输出的波形
载波：接受调制信号调制的信号，常见载波为等腰三角波或锯齿波 PWM波形：载波通过上述调制信号波调制后所得到的波形。
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