正弦逆变波器
一．引言
所谓
逆变器是，指流整器逆的向换变置装。其用作是通过导体半功开关器率
件（例
如
GTO
,GT,功率R
OMSFET和
I
BT等）的G开通和断作关，用直把流
能换电交流电能，它成一是种电能换装变置。
逆变
，器特是别正弦波变逆，其主要器途用用于是交传动，静流变频止
和U
S电P源。逆变器的载负多半是性感负载为了提。逆变效高率存，储负载电在
感
的中无能功应量反馈能回源。因此电求逆要器最好变一个功率可以是双向流的动
变器换，它既即以把可流直能传电输交到流负侧，也载可以把流负交载的无中功
电能
馈反直回电流源。
逆器变的理原在 早
1931
年在文就献提到中过。
194
8年，美国屋西
（
estWnihgouse）气电司公用弧整汞器流成制 了
3
00H0Z的感应热用加逆变器
。
914年7第，只晶体管一诞生固，态力电电学子之诞随。生159年6第一，
只晶
管体世问，标志着这力电电学子诞的生并开始，入进统传展发代时在这个。
时代，
逆器继变整流之后开器发始。首展先现的是 出
SR电C压型逆变器
。169年， 1
W
M.Murcar与
B.D.yedBordf出了改提型进
SCR迫换强向变逆器，为
SCR逆变
器
的发展奠了基础。定
9106年后，人们注以到改善意逆器变形波的重要，并
性始进开研究。 行
19
2年，6.AeKrnikc出了提“谐中波和消法”除即，来后常用
的“
重多加叠法”这，标志正弦波着变器逆诞的生
。1693，年F..TuGnbrul提l了出
消“特定谐除波法，”后来的优化为
PW
M奠定法基础，以了实现定的特优目
化，标谐如波小最效，率最优转矩，脉最小等。动
2
世0
纪
0年代7期后，可断关晶闸 管
GTO、力晶电体
管GTR及
其块相模
实用继化80。代年来，电以电力子术与技微电技子术相结，合产了生各种高频
化
的全控器，件得到了迅速发并展如，率功效应场管
Powre
MOSFET、
缘绝门极
晶管体
IGT 或
IBT、静G电感应体管
晶
IST、电静感晶应管 闸
STIH、控晶闸场
管MCT，以
及MOS
晶管
体MGT
。等这就、是使力电电子技术由统传发展代进
时到高频化时入。在代个时这，代有具型化和高小性特能点新逆的技术变层出穷不
。特别
脉宽调是制形波善技改得到术了速飞的展发 。
9164，年
由
ASc.hnonu和
gH
Ste.mmlr提e出、的把信系通统制技术调用到
应变技逆中的正弦术脉宽调波制技（术
S
nisuiodaPWM-简称，
SP
MW，）由于当
开时关件器的度速慢而未得到广。推到直
971年才由 5
B
isrolt学大的
S
..RowBes
等
S把WPM技术式正应到用变技术逆中，使逆器的变能性大提大，并高到得广
了泛
应用和的发，也展正弦使逆波变术达到了技个新高一。此度后各，
种
不同 的
PWM术相继出现技，如例入三注次谐波的
PWM
、空相量调间（
制SVM
、）随
机PWM、电滞流
环WM等P成，为高器件逆变速的器导控制方式主至。此正弦
波，变逆术技发展已经基本完善。
的
二．
弦波正变逆器的开关中器及件其基本作工原理
21.可关断晶管体（TGO
可）断晶关体简管
称G
OT它是晶闸。的管种派生一器，件因它此具有
CS的
R全
优部，如耐压点、电流大高、耐浪能涌强，造力便宜等；但它又具价像有
GTR
自关那断样有自关断能力具因，不再是而半型控器的而件成为控型全件，工器
作率高频、控制率小功线路、单简使用方便，因此，。
GT
是一种比O理想的较
大
调
、速功补偿等方无获面得广了得泛使用。
GOT是一 P种NNP四结构的半导体器层件它，结的，等构电路图效及图
形符
示于号图2 1-.中。1
G
PNP11N22GCC11AA2
A
A
G
G
2
K
K
K
K
(
)
a(b)
()c
图 2
.1- 1
中 图、AG K和别表分 GT示的阳O，极极和阴极。α门 为1 P1 1P2N体管的共晶
基极电
流放系数大，α2为 N2P2 1N体晶管共的极基流放电系大，图数中的头箭
示表自各多数载流的运动方子向通。α 1常比 2小，即αP 1N1P2晶管体灵敏不而 ，
N
P2N12体管灵晶敏。GOT导时器件通的总放系大α数1 +2稍α于己大于 ，1件器处
于临
饱界状态，为用和极负门号去关断信阳极流电供提了能性可
。
普通体晶管SR也C PN是N四层P结，外构部引出阳，门极和阴极，极构成一单个
器元。件TOG外同部引样出三个极，但电部却包含内着百个数阳极共小 的GO，T
一
通常把这些般 GT小O称GTO元为它们的门极和，极分别阴并联在一起，SCR
与不，G同OT一种是元的多功集率器成件这，为是于实现便极门控制断关所采取
的殊设计特 。
GT的开O通关和断过与程一每 GTO元个密切关相但 ，GTO的元特性又
不等
于整个同 GOT件的特性，器元集成使多 TG的O关过开产生程一了系新列问
的题
。
由
图21.-1()中所b的等示效路电以可看，出阳当加正极向电，门极压时同加
触发正号信，时TG导通，其O体具过程如： 下
G
A
C2
C
1
然这显是一正个馈过程。当反流入的门极流电IG足以使 体晶 N管2PN12的射发极
电
增流，进加使 P而1NP2晶体2管发射极电的流也加增，时当α +12>1之α后两，
个晶
管均饱体和导通GTO则完，了成导通程。过见可G，T开O的条通是件
α1
+α>212（1）-
时此门的极流电IG 为
II
/
式中 IA— TG的阳极电O；
流I
—GTGO门极注入的流。
电
由式
（）2可知，当GTO 极注入门正 的IG流但尚电不满能开足条件时，通
有虽正馈作反，但用器件不会仍饱和通。导是这为门因
极
电流不够，不满大α
足
+1α21>的件，这时条候，阳极电只流过流一个大不而是且定的确流值。电门
当
极电
流IG撤消后该，极电阳流也消就失与。α1α+=12状态对应所阳极电流的
为
界导临电流通定，为义G T的O住电擎流当 。GTO门在极正发触信的下号开时，
通只
阳有电流极于大住擎电后，GT流才O维持大面积能通导。
由
此可见，只能引起和要变化使并之足α1满+2α>1条的任何件素，因可
以导致 都NPN四P层器的件通。所以导，了注除门极电流入使G OT通导，在外一
定条
件过高下阳极电压的和极阳电压升率上，过高结温以的及火发光照花等射均
能可 GT使O触导通。所有发些这非门极发都触是不希的望非正触发，常采应取
适
措当施以加止防。
实际上，因
为GOT是元多成集构结数，百个上的以 TOG元制在同作硅片一
上，而 G
T元特O总会性在差存异，得使 TG元的O流分布电均，通不压态不降一，
甚
会在至通开过程中成造个别 GO元T损的，以致坏引起整个GT 的损坏。O为此
，要求
在制时尽可造的能使硅微观片构结匀均工艺，装和工艺过备严格程制控，
以
求大限度达最到所 有GT元O性的一致性。特另外，要高提向正极触发门流电
冲脉上升陡度，沿以缩短求G O元阳极T电流后滞间、加时速 GO元T阴导极面积电
扩的展，到达短 缩TOG开时间通目的的。
GTO
通后可在开当外适条件下部制控散扩杂分质的同布，提时高通
导关，断关其断路电原如图2理1.2所-示特。性，从门而电极路型小化。
关 断GO时T将开，关S闭 合门极，就
施
负以置偏电 EG。晶体压管 P11N2的IPA
集电极电
流 I1被抽出形成门c极负
电
流
IG，―此时 2PNN12晶体管基极电流
的
I
2 C
减小，
而使 I进c2小。于是引减起 cI1
I1C
I
的进
步下降，一此循环如已，不终
最
G
导致 TOG阳极电流的消失而关断
。
现，GT在的主要O技方术向仍，
大是电流、高耐。这就需要压善改E元
G
I
G
胞
特性，并改善个元每胞结构及的
一
S
致性均匀性、。要这改善从胞的微元
细和化少子命寿控制的佳化最手，
入，，图 .12- 2
由大容量于G O多是T用压采结构接因此，需。要使个元每特胞均匀一性致
和压接结构。压接式结构容易保证接式触致一，避性免合金烧结由生的受产热不
均以及应匀等力问题。
GTO因为
用了利电调导制应效，关断在后有尾拖流流电过。样这关断，损
耗将成
限制为其高压下用的应个主要原一因。与闸晶管相比，
G
TO有具快关的
速断，高度关断电流的容量大的和断安关全工作区它。代了表晶管发闸展的要主
向。方
2
2电力晶.体管（TGR）
力晶电体是
管
一种极型大双率高功压晶反管，体于由其功非率常大，以所
，它又称被作巨为型晶管，体简 称
GTR。
GT是R三由半层导体料两材
个PN组
结
成，的三层半体材料导的构结式可形以是
PP，N也可是
以
NPN大多。数双型
极功率晶
管是体重在掺的质
N+衬硅上，用外底生延法在
长+上N生一层长
N漂 层移然
，在漂移后层上扩散
基P，接着区扩散
N
+发区射，之因称为重扩散三。基极与射发极在
个一面上平成叉指做型以少减电集流和提中高件电器流处理力能。
GRT分
为PNN型和
PP型N类，两又有管 单
TRG、达林式 顿
G
R（复T合）管
和
G
TR块几种模式。形
管
单
GR饱和压T 降
CEV低，开关S速稍度，但是电流增快益
β小， 电容量
小流驱动，功大，用于率小较容的逆变量电。路
达林
顿
式
GRT电流益增
β值大，电流容量大，驱功动小耗，但饱压和降
VC
S
E较高，
关速度断慢较。和单 管
GRT一样达林，式顿模非化的块
TGR现代在逆变
电路中已不太常用。应早用较比广泛的还 是
TRG模块。它是将只两 或
4
、只
6只
甚至
、
7只管 单
GTR或林达式
GTR顿管芯封的装一个管壳在内，别组分单
成
桥、臂单相、三桥相和带桥放泄管三相桥形式，的壳绝缘，便于外设计和安装
。
在逆变
电路，中
TR都工G在共作射极发状，其输态特出性曲线指集电极是
电流
IC 和压电
VCE
以及基电流 极
I之间B的系关如图 ，
.22-1示。 所
GTR特性的区曲击穿区为 ，
线分
5个区。
区为
I
止区截，
BI=，0I很CC
小
为 ，
CE电漏流 。
II为区线性放大区
， 当
IB
增加时
IC，跟
也随
B线性I增。随加
着
VCE
继降低，续IC
已有增长没力，能
这进就了深度入和
区，即饱
IV区第。
这的
时V
CE称为
TR
的饱和G压降用，
CEV
S示表它，比
G
T和O
V
MSFOET低。要
V0
C
E
V
I IV
IVIIIIVIBIE
上升时，温
CI大。由更整于管个的导芯不可电绝能均匀对，的大
C会I产生中集
热点从，发而雪生崩穿击，
IC
增骤这。候时即，使低降
VC E无也于事济高，增速
的热长量无散法，出在很短时间（几微秒内甚几至秒）便使纳
GTR被永 远烧坏。
地这是就
GTR
二的击穿次象，现是它
TRG最致命弱的点，也限是
制GT
R展和发
一进推步应用广的最要的原因重一。之
电晶体力 管
GR大多T作功率开使关用所以，要求，要它有够足的量容（高
电压、
大电）、适当的流益增较高的工作、度速和低较功的损耗等。但率由于
力电晶管体的率功损耗、大工作流电，大此因它存在着如基诸区大入效注应基区、
扩效展应发射极和流电边集效应等特点和问题。
基
大区注入效是指基应
区中的少载数子浓度流到或超过掺达浓杂时度，器件
注入的率效降，少数低流子载扩系散数变大体内，数少载子流寿命下，以致严
降重影
响
TG的R电流增益的象。现
区扩展效应基是在大电流指件下有效基区变宽的条应。器件效在小流电状
工态作时的电集宽结度要主基由掺区杂浓度决定，此因增其益
β
值固是的；定在
但
大电条件下流由，于基中少数载区子流大量加造增集电结宽度收缩成，因，使
有效而基区宽。基区变扩展导的注致入效降率低增，β益下、特降频征减小。
率
发射极
电流边集应效称也为极基阻自电偏压应，效是由在大于数多情况电下
流条件下，区基横向压降的得发射极使流电配不分均匀所造成。的这在情况种，下
流的分电较多布地中集在近靠基的极发极周边上射引起电流，局部的集中进而，
导
致局过热。部
所以
为了削，上述三种弱物效理的影应响必，在须结上采构适取当的措以
施证适保合功率应用的大要。
需
2.功率3效场晶应体管（PwerMoSFETO
）功
场率效应晶体管简功率称
MO
FES，它T是一以晶体管种原理为础基，微
将电技术的发展子成果应到用力电子领域中的电极型的单电控压制器件不但有自，
断能力，关且而驱动有率小、功工速度作高、二次击穿无问题安、工全区作等
优宽。点率功
M SOET按其结F分类构它的主要代表，器性有件
L MOSFDE，VTVOSFMTE，
VD
OMSEFT。
在这里
以V
DOSMEFT例，为大来介致绍下一率功
MOS
FTE的结构工和作理。
原图
2.3
-1a() 是
VMOSFDT中E一单个的截面元，图它在是电阻率很地的重杂
掺
+
N衬底上
长生层一漂层移
N，
层的厚该度和杂浓度决定了质器件的向正断能力阻
。然在后移漂层再上长一生很层的栅极氧化薄，在物化物氧上沉积多晶硅极。在栅
用光刻除法去部一氧化物分，进后行
P和
区N源区双区双扩散，并+积源极电沉
极。这，就形成样了
沟道增强N型率功
MO
SFE，其T电图气符号形图 如
2.-3(1)
b所
。当示漏接极电源端正，源接电极负源端，栅和极源间极电压零时为
，基区
P和
漂移N之区形成间
的
P结 N
J
反偏1漏，源之极无电流流过。间如在果极和
栅源极之加间一电正压
GS，U于栅极是由缘的，绝所并以不有会栅电流极流过。
但栅
的极正压却会电其将面下
区P中空穴推的，开将 而
区P的中少数流载电子
子吸引到
极栅下面
的
区P面表当。
US大于某一G电值
压
TU时，极栅下
P
表区的面
子电浓将超度空过穴浓，从度使
而
P型半导反体型成
N型
半导体成为而反型，层
栅（
G
）源（S
）
D DG
G
S
N道沟
S
沟道
P
P
漂移N
层衬
底
（D漏
）
P
NNN
图
.3 2
-1
该型层形反
成N沟
道使而
PN 结
J1
消，失漏极源极导和电。电压
UT
为称开电
启
压，GUS超过
U
T越多导电，力能强，漏越电流 极
ID大。越
率功
OSFMET是多元集结成构，一器个往往由件许多个小
OMFSET元组
单成
。于对率
功M
OFSET说，采来多元集用结构是成有很益的，为因用采元多
集结成不构仅可降以通低电态，而阻且能提高还工作频率改善器，件性的能
。
由于漏
极电流流沟过时，道在沟道电阻上产生的损耗发热和制了 限
MO
FSTE
通态电流值
的提，高而元集成多构结仅使每不 个
MOSF
T单E的沟道长元度为
大缩短而，且所有
MOSFTE元单的道沟并联是在起一的，而因道沟电阻大度幅减
小。于是，在
样同的定额温度，下器的通态漏件极电流可提高以即提高。应用了
于大功
率能的。力
本，来在
MOSFET器
件由中载流子于沟道中在的渡时越间和栅极入电输
容
存在，的制了限器的工作频率，但件于多单元集成由结构沟道使长大大缩短，
度载子流渡越时的也间为大减小。又因为所有
M
OSFT单E的元沟道都是并联，
的所以允许，多的载流子很时同渡，使越件的开通器时间短极大。约以使漏极可电
流上升时间效见到微毫的秒数量级。
近年，各种来率功
OMSETF型器层件不穷出由。它具有于开速关度、快
输入抗高阻、稳热性好定可靠性、等强优，点在应用中取了许代多原为来双型极
功器件率所占的据域领。的工艺它特点决定它能方了便地其同他型的器件相类
成集从而促，了进压功率高成电集 路
HVI
C和智能功集率电路成
S
IPC实现，推
动了的电电力技子术的展发。
在，功率 现
MOSETF被广已应用泛开关电于源汽车电子、、费电子、工消
业制控等域领，中为当今成界上功率器件发展世律的规主方向要 。
2.
4绝缘栅双晶体极（IG管TB
绝）缘栅双极体管晶 （
Insu
ale t
Gta e
ipoBlr
a
ransistor）T简 称
IGTB是一，种
新
型的力电电器子。件是
它MSFOET 与
GTR的
复合件器，因，它既具此有
OSMETF
工的作度速、快输入阻抗高驱、动电路简、单热温度好性的点优又，包了
含G
TR
的载
量大流、断电阻高等压多优点，项取是
代GRT理的开关器想。从
1986件
频开关
电和源逆器、变器机人空、器调及要以快求速损低的耗许多域。领现已在
被广泛经应的用第三代IGBT通 压态降低、更开关速度更快；成集的智型 IGBT
能功模块率用更使方便体、更积小保护、更可靠，并省去驱动电路了
图 。.24-1 M为OSEF相类似T。
IBG的T构剖结面
极漏
极
源 Oi S
P
JN
J 1
2
J3PN 2NN
门
极图。由图知可
I，BT是G在率功
体区
OSFMET基的
上发础起来展，两
的
漂移
区
结构十分者似，类
同之不处在
于
缓
冲
区
I
BTG功比 率
MOS
EFT了多
一
入区注
个 P+层发射极
，可
以
成形PN结 1J
并，此引出由极；
漏极门和源与极 图 2. 4 - 1
IBTG按冲区的缓有无分类来，冲缓区介于是P +射区和 发-漂N区移之的间
N
+层。缓无区 N+冲称为对者称型IGBT，也 称为非穿型通IGB ；T有N +冲区缓者
为非对称称 型IBTG也称为，通型穿IGB 。T因为构结不同造其成特性亦不，同
对称非 型GBT由I于存 在+区N，反向阻能断弱力但其正，压向降、低断时关间
、关断短时尾部电流小与之。相反，称对型 GBIT有具正反阻断能向力，他特其
性却
及不对称型 IG非B。
T
从结
上构以看出， 可IBT相G于一个由当MO FES驱T动厚的区 G基RT其，
简
化效等电路图 2如4.2(-)所a示，N道沟I BG的图形T符如图 2号.-2(b4)所示对
于。 沟P IG道T，其图B形号中符箭的头线恰好相防。反中的图阻 电drR厚基区是
GR基区T内扩的电阻展 IG。T是以 BTRG为主元件，导OSMETF驱动为件的
元林顿结达。构示图件器为 沟N I道BG，TMOFES为T 沟道型，N GT为R PP型N。
N PN
C(D
)
Rrd
PN
P
G
G
brR
S
E(
)S
(a)
(b
)图
.4-22
GBIT的开通和关断由门极是电压来控的制。门极施以正压电，时MOFETS
内形成
沟道，并为
PNP晶体管
提基供极电流从而，使
I
BGT通。导在门上施
极
负以压时，电
MOS
FE内T沟道的消失，
NP晶体P的管极电流被基断， 切
GBT即
I关为断
。
当
VD为S时，
负J结处于反向3置状偏，类似态于偏反二管极，器呈反向件
断阻态状。
当V
S为正时D，有两可种：能
1)(若极门压电小于开电启，压即
V G
阻断状态；
(
)2门若电极大于压开电启，压即
V
G>T时V，绝缘极门下面沟的形道， 成
N
区+的电通子沟过道进入
N-
移区漂，移到漂
3结，J时此
J记3正向是偏置也，
向
N-区注空穴，从入而
在N-
区产生电导制调，使器正向件通导
。在器件
导之后，通将门若极电突然压至零减，则道消失，通沟沟过道的电子
电流为
零，漏极电使流有突所，但降于 由
N区中-入注大了量的子、电空对穴，
因而漏
电流极不马上会变零为而出现一个拖尾，间。
时
除上
述
I
BGT的常工作情正外况，从结中构可看出，由以
I于BT结构中寄G
生
着
NPN四P结构层存在着由于再生作用而将，通导状锁定起态来的能性，可从
而
导漏极致流失控电，进引而起器产件破坏性生效失。出锁定现现象的条件是
就闸晶的管发触导条件：通
α1
+2α
=
1
I
GB的T定锁现又象为静分锁定、动态锁态和栅分布锁定定静态。锁是定
IG
TB
在
态稳流导电通时现
出
的锁，定此，漏时电压极，低锁发生定稳态在流电密超度
过某数值时。一动锁态定生在开发过关中，在大程流、高电电的压况情下，要主
因为是电在较大时流引α
起和α1
的2增，以及由过大加的
vdd/t引起位移电的
流成的。造分栅布定是由锁于缘栅的绝电容效，造应在开成过程中关个别先开或
后关断通
IG的T之中B电的流度密大过形而局成部定锁。应当取采种各艺措施提
工
高
IBT的锁G定电，克流服由于定锁而生产效失
。
.5小结2
功率
ODMFE是单极型T压驱动器电，件具有作速度快工输、阻入高抗热
、稳性定以好驱及动路简单等优点电但是导，通电阻，电流大量较低容，断阻电
压
低也
。GTR和
GTO 是极双电流驱动器件型，其阻断电高压载流，力能强，是
工作速但度慢，驱电动大，控流电制路较比复杂。于各有由所限使，们在它型电
新电力子装置中的用应到局受限
而。
IBT作G功为
率MOSFT和E
G
R的T复合器件将它们，各自优的点集于一
身扬，长短，使避特其更加优性，具有越入输抗阻、高工作度速快、态电通压、低
阻
断压电、高承受电大等优流，因点而发展很，应用快很，广在个领域各有取中
代前述
控型器全件趋的，I势BGT已为成前当力半导体电器件展的发重要方向
。
．正三弦波变逆主器路的电基形本式
常用逆变按器照逆变器直流侧波形和交的流侧形分类波可，分为以压电逆型
31.压电逆变型
器
想的理逆器变，直流变到从流交的率功总是一的值定而没有动脉直流电压
波，形电流和波中形也应不该产脉生动。而实在的逆际电路变，中因逆变为的脉器
动数
等限制，因有，而逆变功 P率是脉动。的当变器逆的变功逆 P率的脉波
形动直由电流流体来时，称为电压现逆变器，型图如 3.11-所示，直电流是源压恒
源
。
i
d
0
P
0
图
3. 1 -1
电压逆型变器特的点：
是
（
）直流侧1有较的直大滤波电流 容C。
d
2（当负）功载因数率变化时，流交输电压的出形波不变即交，流出输
电
波压与负载无关形交。流出输电压的形波通，逆过开关变动作被直流电的电容
源的电上钳位成压为方波。
（3）逆变器中在与，变开关并逆有联馈二极反管D ~D16所以，交流电
，压
负与无关载是，方波。
（）4出电输的相流位着负随载率功数因变的而变化化。换向在同桥臂
是
关开管之进行的。
间（
）5以可过控制输出通电压的值和波形幅来控制输出其压。
电
E
C SS
d
a
b
负载
D
P
D
D D
DD
1
2
3
4
5
6
交
流
Ud
0
Cd
3.
2流电逆型器
变
逆当器变逆变功的 P率脉的波动由形流直电来压现体时，之为称流电逆型
器变
，如 3图.-21所示，直流电是恒源源压
。
S
S
P
D
P
ia
b
d
0
0D
DD
D D
1
2
3
4
5
6
交流
Ud
0
负 载
ai
Ld
L
d
d
I图
.2-31
电流逆型变的特器是：点
（
）1直侧接有较大流滤波的感电 dL。
2（）负当功率因载变化时，数流交输电流出的形波不，变交即输出
电流流形与波载负关无。流交出电输流形，通过逆变开波的动关作被，直电源电流
稳感成方波流
（。）3在逆变器，与逆变中开关串联的反向有阻断二管极D1~D 6而，
没
有反馈二管。极以所在逆，变中器须必释放换相有时积在负蓄电载感上能的量
的电
路通常（并用联电容吸收部这能分量。）
4（输）电出压的相位，随着负载功率因数的化变而化变。换向是两在
邻相之间进相行。
（5）可以的通过控输制出流电的值幅和波来形控其制出电输流。
四
PW．M脉调宽式制变器逆
4.P1MW脉调宽制技术概的
逆况器变脉的调宽制术技 WM（PulPe s
WitdMhodlutiao）是n用种参考波（一通
是正常波弦，有也时梯形用或方波波等）为调“制”波（mdulatongi
wa
ev，）而
以N倍
调于制波频率正的三波（角时也用锯有波齿为“载波）”（arrier c
ave）。w
由
正三角于波或锯齿波的上下度是宽线变化性波形，的此因它，调制与相波交时
，就可
得以到一幅组值相，等而度宽正于调比波函数制值矩形的脉序列冲来等效
用
制调波用。关开取代量拟模，量并过对通逆器开关变管通的断制控，直流电把
成变流交，电一这技术种就叫脉宽调做制技术当。制波调正弦波时，输为矩出脉形
冲序列的脉宽冲度按照弦函正规律数化变这，调种技术通常又称为制正弦波脉
调制宽（inuSoisdPWM）a术技。
随
逆变器着在交流动、传UP 电S和源有滤源器波等的中泛应广用以及，速高
的高度
视。重其尤最近是年几微处，器理用应
P于W技术M实现数字化控制以和
后更是花样翻新，到，前为目，仍止新有的
PWM 方式在断出不现 。
WP技术的M发过展程：是
1 936，年.FGT.runbull出了提除消定特谐法波；
1
694，
年A.
cShonung和
HS.etmmlr把e通系统的讯调技制应术到用流传动交逆
器变中产生了，正脉弦宽整调术（技SWPM，后由）英
国
ristBo大l的 学
S
..BowesR
19于57进行年了广和应推，使用
SWM调P技术成为了制广泛关注被的热点。
后来，Boes又相继w出了全提数字化
S
WPM案，规方采则数字化
样WP方案M以
及准优化
PM技W术（Sboptimau l
P
MW）以提直高流电利用率压。1983年 ，
J
.oltzH
等
又提出了空相量间
WM技术P，项技该术(， 从)用于步异电动机角的出度发直，接
采用电动以磁机链形轨迹为圆的目控制的方，因而法使起用
来更加观直，更加也
方便
。
以
urTnblul消除的特定谐法为基波础出现，求了大值或最小最值优化 的
P
WM的概。由念此
1于9771~98年6，
G.SBu.j、aFC.Z.ac和
k
KT.naguihc等提i
出
了电流谐畸变率（波TD）最小H、率最优效以转矩脉动最及的小优最
PWM
法。
于这由方法些有具电压利率高用开，次数少关，可以现特定实化优的目等优点，
所以
们人直在进行着一这面方研究的。随微着处器理预速算的度断提不高 ，
J.Sn
u
等于
199年提出4实了完时优成化的
P MW方。案
此
，外应当提到的是 还
A.B.
lunkettP于
1 80年9出的电提流滞比较环
P
W技M
，以术及在此础上发基起来展的全数化无差拍字控制 （
eaDdb-ate
ontCrolPWM）
术，都具技实现简有单的特。为点了消噪声除，
1
939
年
~1994，年由
.A.TMrzyanolwky、s.GV.Agledisi等提出了即 随
WMP法，是从它改谐变波的频
谱入分，使谐波均匀分布在手宽的频带较围范，以内达抑到制声和机噪共振械的
目
的 。
PW技M术大的从方可面分为以三大，类波即形制调
PW
M术、优技化
PW
技术M随机和
PMW技。术PW技术M可以用电于压逆型器，也变可以于用流电
型逆器，变它对逆变技于的发术展起很大了的推动作。它与用多重加叠法相比较
，
以下一些显著的有点优：
（1
）路简单，只电用个功一控制级率既就以调可输出节电，压可以又
节输出频率调。
2（）可使以用不可整流桥，使控统系电对网功的率数因逆变器输与
电压出值无关
。
（3可）以同时进调频行调压，、中间直与流节环元件的参数无，系关
统的动态响速应度。快
4（可以获得更好的）形波善效改。果
是由正这于些优，点使
WP脉宽M制调术在技当今逆变领域据占绝对了主的
导
位地。根据波与载制波角调率的频系关不同，以可为同分步式
PWM
制调非
与同
步 式
P
M调制W。
同步
式
PWM
制调使是载波角频率 ω
c决定（关开作工率）频调制和角频波
率ω
s（相当于输
频出率）同步一的种制调法方，因此调，制波半个期内周包
含的所载脉波数冲定是（即载波值比
=ωN/cs恒定）；非同ω步式
PW调M是使制
载
角波率ω 频
c
和制波角调率频
sω同步不的调法制调制波半，个周内所包含
期载波脉的冲数不定值时（载即波比
N
=ωc/s不ω恒）。定般来说一载波角频， 率
c是ω保持恒定的但，时有侯也根工作据况情而变化。
因
此难做以到滑控制平为了克服。个缺这点，可采用改以变载脉冲波数的法。
方在非同步
WM调P中制虽，不然要需改变波载冲脉数，当但载比波
=ωNc/ω较s
时小输（出频和率关开频率接近），使输会出频率
f和0波载率频
fc的
边下频谐波
很接而发生跳动，使特近显著变坏而不性能使（用此，非因同步
P
W调制希M
望快速器用，用件大增波比例如载
取≥N1来5避免载波率的频边下和输出频率频
接近）。此时
可，以用比非使步同制调微复杂一些稍同的调步方制式非。步同的
三角
波—正弦波比—较式一般是在方控线时使制，而用同步方可式在以也线可以
线离使。用也一些逆有变器，在低输频时出用非步同方式，在高频输出用时同
步式方，我把们这使用种方叫做式步—非同步交同方替式。管是同步不、非步同
，还是
同步非同步交替方—，式逆变器电路是不变。 的
.2 4
PWM控的基本制理原
.421.WMP制控的基原本理
采在样制控理中论有个一重的结要：冲量相等而论形不同的状脉冲窄在具
加
惯性有的节上环时，效其果本基相同冲。即量窄脉冲的指面积。里所这的说果
效
基相本，同指节环的输出应波响基形本相。同把各如输出形用傅氏波变分析换，
则其
低段频特非常接性，仅近在高频段有差异。例略如
图42.-1a(、()b、)(c所)
的三个示窄脉形冲状同不图，
.2-41a)为(形矩冲脉， 图
4.-2(1b)三为形角冲脉图，
4.2
-1()为正c半弦波冲脉但，它们面积的即（量冲都等）
于
，1那么，当们它别分
加在有惯性的同一具环节个时上其，出响应基输本同相。冲越脉，其输窄的出
差异
越小。窄脉冲变当为 图
4.-1(d)的2单位冲函脉数
δ
t)(时，节的环应响即该
为环的脉冲过节度函。 数
(f) t
0
t 0
(f)
tt 0t
()t
0 tf
(t)f
(b
)δ
()t
)
c
)
) a
d
(
(
(
图4
2-1.
述上论是
P结W控制M的要理论重基。下面来分析一下础如用一何系列幅等
而
不宽等脉的冲替代一正个半波弦
。
图
把4.2
-2(a所示)正的波弦波分形成
N 份，就可等把正弦以波半成由 看
N
个此彼相连脉冲所的组成的波形这些脉冲。宽度等相，都等
于π
∕
，N但幅是
值等不，且冲顶脉部是不平直水，而线是线，各曲脉的幅冲按照值正规律变化。
弦
形
冲的脉中和相应点正等弦的中分重点合，使且矩形脉和相冲应弦部分正积面
（冲量相），就等到得 图.4-22(b)示的所冲脉序列。这是就PW M波形。以可
看
出各，脉的冲宽度是照按正弦规变律的化根据。冲量相效果等相同原的理，
PM波W形正弦和半波等是的。效于对正弦形的波半周负，也以用同样的可法方
得
PWM到波。形像种脉冲的宽这按照度弦规律变正而和正化弦坡等的效P WM
波形
也称为， SWM（SinPusodail
WPM）形波。
在PM波形W，中脉冲的幅值是相等的，各改变等要输出效弦波正幅的值时，
只
按要同一照比例数系改各脉变冲宽度即的。
可
面说上
明了 WP控制的基本原理。按照上述原M，在理出了给正波频弦率、
幅值半和周期内个的脉冲后， 数WPM形波各冲脉的宽度间隔和可以准确地计就
出来。按算计照结果控算制路电中各开个关器的通断，件可以就到所需要的得
P
MW形。但是，这波种计是很算繁的琐正，波的弦率频幅、等变值化时结果，
都要
变化较为实。用的法方采是用制调方的，法把所即希的望波作为调制形信号，
把接
受制调的号信为载作波通过对，载波的调制，得到所望期的P WM形波通
。
常采用腰等三角波作为载，因为等波腰角波三上下度宽高与度成线关系且性左右
对，当它称任何与一平个缓变的化制调信号相交时波如在交点时，刻控电路制中
开
关器的件通断就可以，得到宽度比正信号于幅波值脉冲，这就的合 符PMW控
的要制求。当调制信波号正弦波时为所得，的就到是 PWS波形。M种情这使
况
最用，这里所广绍的介 WMP控制要就是指 只SWPM制。当控调制信不号是正
弦
时波也，得能到与制调信等号的 PW效M波形
。
ωt
0
(a )
Ud
V
V V
V
VD
V VD D
DV
R
u
2 L
1
1
2
0
3 4
4
3tω0
u
(
b)
u r调制
u电路
图 4c.-22 图4.-23
.4.22相桥单 式WPM逆变电路
图4.2-3采用是电晶力体作为开管器件的电关压型相桥单逆式变路，设负电
载为电
感，性各对晶体的控制按下管面规律进行：的在正半周，期晶体管 V1让
一直持保导通而让，体管晶V4交替通 。当天断V1和 4V通时，负载上导加所
的
压为直电流源电电 压U。d 当V1通而使 V4导关后断由于电，性感载中的负电
流不突能变负载，流将电过通二极 管DV3续流负载，所上电压加为零如负载电
流较。大，那，么到使 直4V一次导再之通，前DV一3直续导通持如。负载流较
电
输出电压uo就 可到零得 U和交替的d两种平。同样，电负半周在，期让体管晶
V保持导2。通当V 3通导时负，被加上负载电 压Ud–当， 3V关时断 ，D4V流续，
载负压电为，负零载电 uo压得可到 –dU和零种电两。平样，这在个一期周，
内逆
器变出的输P WM形波就 由± dU0三、种平电组。成
制控V4或 V3 通断的方法如 图.2-4所4示载波 uc在信。号 ur的波半周为
正正
性极的三波，角负在周为半负极的三性波角。调信号 制ru为弦正。波在ur
u和c交点时刻控的制体晶 V管或 43V通断。的在ur 的半正周，V 保持导1通，当
ur>uc时
使 V，4通导负载电压， ouUd=， ur当
负的周，半 1V关断， V2持保通，导 当ruuu
c
，使 V3关时，断 u=0o。这样，得就到了SP W波形Mu 。o中的虚线图u of示 表
u
中的基o波分。量像种在这ur 的个
半
周期内，三波角载只波一在个方变向化
，所到的 P得W波形也只M一在个向变方化控的方制称式单极为性 WMP控制
方。 式
ω
t
0
ωt
0
u
Ud
dU
r c
u
0
u f0
图 4
.2 -
4ttωu ω
0
U0d
dU
cr
0uu0f
4图 .2 - 5
-
-
和单极
P性WM控方制式同不是双极的性 WP控M制式方图。4.2 3-的单相
桥式变逆路在电采双用性极制控式方是波的形如 图.4-5所2示。在双性方极式 中
ru的半周个期内，三波载波是角在负正两方个变向化的，得所的 到WMP形波也
是在
个方向变化两。在 的ur一的期周，输出内的 WP波M只有形 U±d种电平两。
仍然在调制信号 u
和载r信号 u波的c点交时，控刻制各开器关的通断。件 在ur
的
正负半周，对开关器各件控制的规律同。当 ur相uc时，>晶给体管V 1 V和
以导4信通，给 号2VV、以关断的3号信输，出电 u压oU=d。 ur当
和V 3以导信号，通给 1V 和V4关以断号信，输出压 uo=电-Ud可。以看出，
同
一桥半下上两个臂桥晶管体的驱信动极性号相，处于反补互工作方。式在感性
电载的负况情，下若 1V和V4 于处导状态通，给时 1和VV4 以关信断，而给 V2号
和
V3以通导号后，信 V则和 V14立即断，因感性负关电流不能突变载，V 2和
V3不能并立即导通二，管极V D和2VD 导通3续流。感当负载性流较电大，时直
到下
一 V次1 和V重新导4通，负前电载方流向始未终， VD2变 VD3和持导续通，
和
V3续流D之后， V和2 3V通，导负载电反流。向论不V 2D VD3和导通，是还
V2和 V
导通3负，电载都压 是–dU。从V 和 V23通导 V向1和 V4导通切换时，
DV1 和D4的续V流情况和述情上况类似
。
4.2
.3相桥式 三WMP逆变电路
在 PM型逆W变路电中使用，多最的还如是图 .246所-示的相桥三式逆电
路，其变控方制一般式都采是双极用性方。 U式、V 和三相的WPW M制控常通公
一用三个波载波角 段c，u相调制三号 u信U、rruV 和ruW相位的此相差 1依2°。0
U
VV
V
V
VD
V VD D
V D
u
u
d
4
1
1
4
3
6
6
3
rU
c
调制
电
5
路2
VVD 2
V V5 D
rV
uuW
r
U
V
W
2
2
U
d’
NC
C
N
图
4 .2 - 6
、U和 WV各功率开关相件器控的规制相律，同现以U相 例来说为明当。 uU r
uc>
时，上桥给臂晶体 V管以导通1信号给下桥，臂晶管 V体4关断信以，号则U相
相对于直流电假想源中点N′的 输出电 压uUN=Ud/2′当 。uU
导
通号，信给V1以 断关号信， 则uN′U-=dU2。V1/和 4的驱V动号信终始互是的。
当给补 V（V41加）导信号通时，可能是 V1（V4）导，通可能是也二极管 DV1（V4）
D
流续通，导这由感要性载负中来原电流的方和大向来决小定和，相桥式逆单电
变双路性极 PMW控时制情的相况同
。V相 和相W的控方制式 U和相相同。臂当
和臂1 6导通，时u UVUd，=臂当3和臂 导4时通，u U=VU-，当臂 1和d臂 或3
臂
和臂46导通时，u UV=0因。此逆变，器出输线电压± 由d、0三U种电构成平 。
4.2.4
区对 死PWM变器的影响逆
在双极性 PWM
制控式中，方同一上相下两臂个的动电路驱都是补互。但的
是，
际实为了防止上上两个下臂通而造直成短路在给，一个施臂加关信号断，后
再迟延Δt时间 才，另一个给施臂加通信导。号延时间迟的短主要由功长率开关
器
的件关断间时决定。这所谓的延迟时间个Δt，即 通常为说所的区，也有人死
把
称它作开关时滞（S为wtcihign
Lgat-mie）s
。
在 PW
M变器逆中设置死区Δt， 以避可免桥同臂开管同关时导通短的路故
损
耗少减。这设置是区死优的。点但由设于死区所引起的反馈置极二的续管流，
使会出电压基波幅值输小，减产生出与并区死时Δ间
及载t波比
成比例的N
3，， 5
，…次谐7波。这是置死区设来带的缺。这点个缺对点频变调系速统的影响为显最
著，
别特在变频是速调系低统速行运时调，制波角率频ω
s减小使载波比
N相
，增对大因，使由于死此Δ
t区引起所的基波幅减小的影值和
3，响5，7，…谐波
次
例比大的影增响加严更重在这种。况情，为下了证保频变调系统速的良好运行
，就必须
要对死的区这不种良影进行响偿。补
常
用补偿方法有的种：一种是电流反两馈型补偿另，种是电压反一馈补型。
偿它的们同共偿补理原就设是法生一个与产误差波波形即由于（设置死区而使输
，
出
的P
WM波形为成离偏正弦波的形）波相似、相位相的补反偿压电抵消或来削
误弱差波的影。响
.34
P W型M逆电变的路控制方
式在
PW逆变M路中电，波频率载.
c调制与号频率.信
r比 之
=N
.c /
.
称
为r波比。载根据波载和信是否同号步载波比及变的化况。 情
P
W逆变电路M以可
有异步调制和同步调制两控种制式。方
.341异.调制
步波载信号调制和号不保信同步持系的调关制式方为异步称方。式步调在方制
式中
，调信制频率.号变r时，通化保常载波持频.c固率不变，定因载而比 波
N
是变化
的。这样来一，调在信号制的半周期内个，输脉出的个数不冲定固，冲
脉相位不也固定，负正半期的周冲脉对称，不同，时半期内前后周
1/
4周的脉期冲
也
对不。
当调称制号频率信低较，时波比 载
较N，半大期周内脉的数冲较，正多半
负周
期冲脉不称对半和周内前期后
/4周1脉冲期对称不影响都的较，小出波形接
近正弦输波。调当制号信频率增高，载时比 波
N就减
，半小期周的内脉冲数减少
，输出
脉冲不的称性对响就变影大，还会出脉现的跳动冲同。，时出波输和形正弦
波间的之异差也变大，电输路特性变出。坏于对相 三
PWM型逆
电路变说，来三
相
出输的对性称变差。因也此，采在异用步制调方时式，望尽量提希载波高率频，
以在调制信使频号率高时仍较保持能大较载波的比，善改输特出。
性
4
3..同步调2
制载波比
N于等常数并在，频时使载波信变和号制调号信持同保步调的制方
称为式步同调制。基在本步调制同式中，调制方信号频率变时载化比 波
不变。N
制调信半个号周内输出期脉的数冲固定的是，脉相冲位也是定的固。在相三
PWM
逆变路中电，通公用一常三角个载波波信，号且载波比取
N为
的3整数，倍
以
使相输出三形波严对称格，同时，为了使一的相波正形负周镜半对， 称
N应取
奇数。为
当变逆电路输频出很低率时因为在，周半内输期脉出冲的数是目定固，的所
以有
PMW制而调产生.
c的附的近波谐通常易不除，如果滤负为载电动机，会
就产
生大较转矩的噪和声给电，机的动常正作带工来利影响不
。
率范频划分围若成干个频，段个每频内段保都持载比
波N为定恒不，同段的
频波比不同载在输。出频率高的频采用段低较的波比，以载载波使率频不过高致，
在功
率关开件所允器的范围内许在。出频输的率低段频采，用高较的波载，以
使出载比波频率致过低不而负载对产生利不影。各响频段载的比应该都波 取
3的
整
数且倍奇数为
。
提高载波率频可使以出波形更输近正弦接，波但载波频率的提高到受功率开
关
件允许最器频率高的限。另外，在制用微采进机控行制，载时波频还受到率微
机
计算速度和控制法计算量的限制算。
同
调制方步式复一些杂，使但用微控机制时还容易实是的。也有现一些电路
在低输频时采出异用调制方式步，在高而输频时切出换同到步调制方式这，种
式方以可两把者的点优结起合来和分，同段步调方制的效果式近接。
44.
SPWM正弦脉
调制法宽
44.1.SPW正M脉宽弦制调法概的 况
SP
M正弦脉W宽调制（法
S
insoudaPiW）M调是波制为正弦波、波为载角三
波
或锯波的一种脉齿宽制法，它是调
1
64年由9
AS.hcounng
H和.Semmter把通l
讯
统系调的技术应制用逆到器而产生变的后，由
来
rBsiolt大学的
SR.B.owe等r
于
1
795对年项技术该式正行了进广应用推这项技术的。点特原理简是单通，
用性
，控制和调强节性好，具能消有谐除、调波节稳定输出和压电多种的作，是
一种比较用的波形好改善法。它的出为现中型小变逆器发的展起了要的重推作动
用。
S
PWM正脉宽弦制调
法分为阶两式三阶和两种式。里所说这“的”阶指
是
的PMW逆变器输式电压出电的的电平数，亦平称阶为数，是在出电压输个一周
期的内压电平电（数阶）。当数数为 阶
3时，把出输压电波基半周个期的脉冲
内数称为
WPM变电路逆PW，M波形有、正、零三负个平电是三，阶
WP波M
二比
阶P
W波具有更M好的除谐波特性消 。
4
4..2SWPM弦脉宽调制正的法用
应单 相
SPWM正脉宽调弦制通用常于相单交流变器逆
和U
SP中三相；
SWP
M弦脉宽正调主要用于制下几个以领：
域
（1）流交动机电频变调系统速
三交相流动机电调的压调（频
VVF）V速系调，供给统三异步相电机的三
动
电相流要基正本，弦以少电机减发热的其，逆主开变关电路（相全三桥）用三
要
相
SPW M正脉弦宽调脉制来冲动驱
。
（）三相有2源率功数因正校（FCP
）了提为功率高换变器功率的数，用因相三有
源
PCF路代电传统的三相可替
控波全整流电。路相三有 源
PF
C路有时要用三电相
SPMW弦脉正调制宽脉来
冲
制控
。（3
）三相源逆变系统有
了减为谐少对波电的网污染，高提率功数因，可以三相用
S
WPM正弦宽脉
弦正。主要用交于流动电制机动量回能系馈、电统调力节装等。置
（4）相
UPS三
用三
相
S
PW正M脉宽调制脉冲来控弦制三相变逆主关开电，路可将以蓄
池电的中流电逆变成直三相正波电压弦供，给负，载以少谐波电压对负减的载响影。
44..3PSWM形波的生成法方
按照前面
讲述的
PWM
变电路逆基的原本理和制控法方，可用模拟以路电
构
成角三载波和正弦波制波调发电生，用比路较来确定它器们交点的在交，点时
刻对
率开功关件器的通进断行控制，就可生以成
SPWM
形。但这波模拟种电结
路构复
杂，以难实精确现的控制微。机制技控术发展使的用软得件成 生
SPMW
波形变得比较易，因容，此目
前
PWSM波形生的和成控多用制机来微实现下面
。
绍用介件软成 生
SWMP形波的几种基本算。 法
.4.431.自采然法样
按
照SPWM控
制基本的理原在，正波弦三和角波自然交的点时控刻功率制
开
器关件的断，这种通生成
SPWM波形的
方称为法自采然法。正弦波在样不同
位相角时其值，不同也。因而三与角波交相得所的到冲脉度也不宽。另外同，当
正
弦频率变波化或幅值变时，化各脉冲的宽也度应相化。要变确生成 准
PSWM
波形
，就应确准地出正算波和弦角三波交的。点
图4
4.-1出了用自给采然样生法 成
S
PM波W的方形。法
图中
三取波的相邻角个两峰正为一值个周，期了简为计化，克设算三角的
波峰值为标
幺值
1，正弦调
波制 为
u
r
=
sainωtr
中，式a调
为
制度0，≤
a 1
r为
AuucB
u
t0
tt
δA Br
T
正c弦制信号的调频率角。
从图
4
4.1-中以看出，可在角三载
波的
个一周
期Tc
内，下其段降和上升
段
各和弦正调制有波个一交，图中
点的点分别为交
A和
B 这。里以正弦波
上升的段零点为过间时始点起，并
A设
和
B对所应时刻的别为分
tA
和t。B
同步调制方在式中，如
图4.4-1
所
，示使弦正调制上升段的过波点和
三零波下角降段过零点重合，并把该
时刻为作时零刻同时，。该点把在所
的三
角周波期作为弦正制波一调期内周
的第
个一三角周期，波把程方 （
4-
1）、
（-2）4立，就可联得以出
第
n个期
周的三
波方角。程
u
t0
0
图 4 . - 14
uc=
-14t
[-(n
5-4/)T]cTc/
(
n
- /4)T5≤tc
(-
34/Tc
)
(41-)
uc-=1+4[-(n
-t3/)T4]cT/c
(n
–34)Tc/≤
-
14)/cT
(-24
)
这
样，弦调正波和第制
n个周期角三的交波时点刻
A和t
t
B以可别分由下式
求 得
-14tA[(n-5-4/Tc])/cTa=isωrnAt
4(-3)
-1+4[tB
-(-3/4)nT]cTc/as=nωitBr
(4-4
)
给
定T
和c
a后，解求面两式上即求得可
tA和
tB
脉。宽冲度可δ下式由求出
=
δ
t-tB
(A45)
-
(4-3)、式式
(
-4)4是超都越方程求，解时花需费较多计算时的间因而难，在实以
时控
制中在线算计。
4
..3.4规则采样法2
自然采样是最基法本 的
SWPM形生成法波它，
以
SWMP制的基控原理为
本
发出，点以准确可计算地各功出开率关件的通断时刻，所器得波的很形接近弦正
波
但是，。种方这法算量过大计因，而在工上实际程使用并多不。规则样采是
法一应种用较广的程实工用方法它的，果效近自接采然样，法计算量但比却自然
采样法
要得小多。
图
4
4.2说明-采用了齿波作锯为载的规波采则法。样由锯于齿的一波条是边
垂
直的，而因和它弦正制调波的交点时刻确是的，所需要计算定的是只齿波锯
边和正斜弦调波制的点交时，如图
刻44.-2的中
tA 。这样就，使计算明显减量。少
锯
齿是非波称对波的，用形锯齿波作载波时只为制脉冲控的上升和下降刻时
的一个中。种这调方制称式单为调制边而用三角波；作为载信号波时称双为边调
制
。边调制单双比调制边算计量小但，其出波形中含输有次偶谐波总，谐的波
分量比也边双制时调大
。
c T
T
c
δδ
A
uu
0
uc
r
t
At
At
0
tBu
c
uB
ru
D
D t
u
0
0
u
δ
0
0
t
2
2t
δ
δ
4 图.4 -2 图4 .4 -3
实
际用应多的还较采用三是波角为作波的规载则采样法在自然采样。中，
法
，即使个脉每的冲中点都以应的三相角中波点对称，为样就使计算大这简为。
图 化
.4-43这种方是的示法意图
。如所图示，在三角波负的时刻峰
Dt对弦调正制
波样采得到 而
D点，过
D点作一水平
线和三直波分角别于 交
点和
B点，A 在
A
点的时
刻
tA和
B点
的刻 时
tB控制功
开率关器的通件。断以可看，用这出种规采则
样所得到的脉冲法度宽和δ自用然采样法得到的脉所冲度非常接宽。 近
4
.4..33次低波谐消去
法以去消
WPM波中某形些要的主低谐波次为的，通过计算来目确定各脉的冲
关开时，这刻方法种称低次为谐消去波法在这。方种法，中经已用不波的比较载，
但其
的仍目是输出波形尽使能可接近正波弦，因此算是 也
SP
M波W生形成一的
种
法。方
图.4-44三是桥式相
P
M逆W电变中一路的输相出端相对于直流电源子点
中的压电波，形相即于图当
42-6中.
UuN的ˊ形。波图
4.4-
4中在，输电压出半的个
周
期内开关，件开通器关和各断
3
次（包含
0不和л时）刻则，共
6个有开时
关可以刻控。制实上际为，减少谐了并波使析分单简而使形波称对。先首，了消为
除偶次谐，波应使正两负半周波期形镜称对，即
u(
t)
=
u-ωt+л()
(46)-
次，为其消了谐除中波余的项弦简，化算计程，应过使波形对称奇即还，应足
u满t) (
u(=-ωл)
t(4-7
)时同足式(4-满6、)(4-7)式的波形为称分四之一周对称波形期。
uUN
U
d
0
л
1
α23αα 2
ω
л
tU
d
图4.4-
4
图
4.4
-所示的4是就分四一周期之称对波，形以所一个周在内的期
21个关开
刻时，中够能立独制控的只α有
、1 α
2
和
α3共
3 个时。一刻来般说如果在，
输出电压半个的期周内关开件开通和关器各断
k次则，共
有
k的自度可以控制由，
除一个自由度用来制控波的基值幅外，可消以除
-1中k谐波。
4.
4..3小结
4上
各述种S WMP生成方均用法永于调不制式方中因为在异步，调方制中式，
信波各号期周内冲脉生的发刻并不相时。在用同微机控制生成 PWMS波形，时
通常有
查法和表实时计法两算种方法。查法表是根据同的不a ω和r 先线离算计
出开各关件器的通时断，刻把计算果存于 E结PROM。运中行时，表查读所需
要出的据数进实行时制控。这种方法用于适计量算大、在线较算困难的场计，合但
需所存内量往容往较大实时。算法计不进行离是计算，线而运是行进时行在线计
算求得
需的数所据这种。方法用于计算量适大的不场合实际。用所的法方往是往
上
述两方种的法结。合即先，线离行进必的计算存入内存要，行运再时行进为
较单的简在线算。这样计，既可保以快速证性又，会不占用量的内大存
。
自采然样计法算量，大一般用采表法。当调制频查率和
调制度化变围较大范
a，ω和 分r级较时细需，要内的存容量大较
。
则采规法样常通事先存正弦函数入表不同和波频率载时的 T/2，运行c根时
所要求据 的CTa和、 ωr等行进乘和加法法运算即可求出开器关件的通断刻时这。
种方法的
a和ω r 可都是连以变续的化。
低次
谐消去法计算波杂，复也能用查表法。当想只消去要的谐种波较多类，时
要控制
α的角个数要增就，加需存要的入据也数繁多。就因，此以在可输出率
较频低采用时规则样法采，而在出输频较高，率周半内脉期数冲小时，较用低采次
波消谐去。法
除
上述用微机成 生PSWM形外，专门波来用产 生SPWM波的大形模规成
集电路芯
也片到了较多的应用得较早推出的。类这专芯用是片 EH47F25这种芯
。片可以输三出对互补 的PSM信W号用驱动三相桥式逆来变电路从而，现实流交
机的变电频调。速芯片的输信入全号数为量字适合于微机控制，。 SE4L205另
一是专用种SP MW芯，片开其频率关和出输率分频可达别 20Hkz 2.和kH6z，三有
个出通道输提供三相逆桥变个六2 mA0流的电驱动信，号可以用驱来动 IBG逆
变电路。采T专用用片芯以可化简件硬路和电软设计件降低成，本提高，可性。 靠
4.
5
P
WM逆型器变主电的
路.54.PW1型M变逆的器主电形式路
从电路式形上，PWM型看变器的逆电路主式如形 4.5图-1所。示它其实和
负
E载
T2 T4
13TTu L
无源逆变电路一样的是，不所同仅仅是控的方式。 制PW型M逆电变也路单相
和有相之分三。相电路单主中有单相半要桥、桥全和带心抽头中压变器的 WP型M
逆
变电路其。，中桥电全路用最应。多半电桥路要用于功率很小的主场合带。中
心头抽变器压它，用两个只功率开关件器而，其流电通道有只一个开器关，件管
压
降。低此，可用因以于电为直池流电且源直电压流较的低合。三相电场中路应
最用广的三相桥是式 WMP逆变型路。
电
所用从的率开关器功来件，电力晶体看、 G管O、T率 功OSMFE、TGBT等
I自关
断件都器以可为 PW作M型逆变电的开路关件。器根逆变据的器量和容作
工频率不同可的各以选自择身所需要的自开关件。器外另，逆变器在容很量大场
的
，合可以选用快也速晶管闸为作 WPM变电路的逆关开器件，当这时候然，要
需
为快晶闸管速的关断设专置门的容电换相电，其工路作频也较低率
。
P在MW逆型电变路中电，压型用应多最，里对电这型流 逆PMW变电路逆
及控制其式方作简单介也绍。
4.图-25出了给采 GT用作O功为开关率器件的流电 型WP逆变电M路负载，
为三
异相步电机动。图的 GTO用的中反向是电导型器，件此因，每个 G给T串
O
了二极管以承联
受反电向压。变逆路输电端的电容 出C是为收 G吸T关O断产时
的过生电压而设置，它的可以对输出也P M电流波形起滤W波作用。 4.图5-2还
画了从出交变流到直流换的流整分部，整电流采用路晶管闸而不二是极，这样管
在负电动载机要制需时，可以动使整部流工作在有源逆分状态，把变电机动的
机械能馈反给交电网，从流实现而速制动快整。流分和逆变部分合部来起就成构 了
WPM变频型路。因为电直侧流串联电感 L大，d变逆电为电路流型
整逆流
变~
图 4. 5-2
C
L d
~
M
3
T1V
T V1T 3V T5V
V4 TTV 6V2T
图 4.5-3是 12 0导电的°电型逆变流路的输出电流电波形。每一个时刻，在
共
阳组和共阴极组极有各一个G TO电。导如不果考同虑一上下两相直臂的情
况通那，在么行进宽调脉时，在使一制断相流间必期把须流向其他相电转移。例，
在如 对相U的正 向12°0矩波形电 i流U行脉宽调制时进，须必其 把102矩形
°
的波一部分在 V相或W 相的向正流电围内转范 向iV或 iW。行进脉调制后宽每，
相
能可现正向出电的流围范为 810，因°此图从 .543中可-以出，看 Ui电正流 201°矩波形间 60°的范围中内能不行脉宽进制调能，行进宽脉制调仅的两为边
各i
U
ωt
120
°
06°
0
1° 8
u
0
0
iV
0
8 1°
ω t
Ui
i
W80°1 tω
0
ur u C
ω
t
B
л 3 3
2 л
л
tω
图
.5-3 图4.5-4 4
际实行进宽调制脉，可以时用图 4采.54-调制方的。式把形波梯调制信 u号r
和三角波载
波 c进u行较比，梯对波形中 60°间的平顶部不分进调制行，只对而
两各侧06°范的围进调行制当。u r≥cu时使，桥臂 上GT导通O输，出正流，电
当ru
个
个一是ur 和c的振u之比幅即，图的中B/A， 一另个逆是变器半周期内脉冲数的。
4.5
2P.W型逆变电路的M多化
重
一般逆变和电路一样，对于量容较的 大WM逆变P，器可也以采用多重化即
来减少低次使波，谐因，此在构 成WPM多化重逆变路时电一，般不以再减低少
次谐波为
的，而是目了提为高效等开频率关，少较开损关耗，少和载波减频率
有的谐关频率波关有谐的波量分。
E
d
2
U
1
N
V
1
W1
E
d
2
u
U
U
uV
V
W
Wu
U
2
2V
W
2
PWM逆变路多重化电联的结式有变方器压式和电方器方抗式图， .5-45
利是电抗用联结的二器重话 WMP逆电路的例子。图中，变个单元逆两变电的路载
信号相互波开 18错°0输。出端相于直流对源电点 N中′电压 的Uuˊ=Nu(1NUˊ+u2NU
/) 2已变为单,极波性了。出输电压波线形共有0、(±1 2/)d、E±E d五电个，平
(每ˊ 次电压变)时化的阶为 E台
d/。2而多重化非的时输出线电压只有 0±、 dE个三
电平
每，电压次化变的时台阶 Ed。因此，多重为后化对负载冲击的减了。
对小于多重化电路合成中形用的电抗器波说，来加电压所的频率高，则越所
需要电的抗电器量感就越。小一般重多化路电电抗中所加器电压的频为率输频
出
率，以需所要电抗器较的大而。上述二在重 PW化型M变电路逆中，抗电上所
器
加电压频的为载波率比。出频输率得多高，此因要很小的只电抗器可以了。
就
重二化后在输出，压所电含的 ωnckωc+的波谐中 n=1和， n=3的谐时波全
被除去，部低次最谐为波 ω2附近c谐的波相当于，电的路效载等频率提波高了
一倍
。
4.
P6W型逆变M电控路制法方改的进
面所介前的 绍WM控制方P法要是正主弦调信制号和三角波载波波笔较
的方相法 。WP控制M理原和谐分波可析，当载知波足够比时高用这，种方法得所
到的输波形中不含出次谐波低，只含和波载率频有关的波谐输出波形中所。含
波的谐少多衡量是 PM控制W方法优的劣重要标，但志不唯是的标一志。提高逆变
电路的
直电流利用率压减、开少次关数等也很重要的。是流电直压用率是利逆
变电
所路输出能的流交压电基波大最值幅 Um1和直侧流压电Ud 之，提高直流比
电利用率可压以高提逆器变的出输力能减。功少率器件的关次数可以开降低关开
损。耗此外不，同负的性质载和不的同用场应对逆变合电路会都有同不的求要。
因此
从提高 ，PMW逆变电路型合性综或某能一别特关的性能心发，可以出出
提多
改种方进法 。
4
..61
形梯和波角波相三比的较方
法
于正弦对波调制的相 PWM逆变电三来说，在路制调度 为最大a 1时，值 输
u
u0NU
0
ω
t
ωt
c
uruu rUV rWu
t
ωω
t
VNu
0
uVU
0
出
线压基波电大幅最为值 U/2d根的 号3，倍，直流即压电用利率为仅 .068。这6
个流直电利用压率是比较低，其原的因是弦正波制信的幅值不调能超过角三波
幅
。值际实电路工作，考时虑到率器功件的开通和断都关需要时，间如采取其他不
措
施调制， 度a不能达到 可1，此因用采种这正波弦和角波三较的比制调方时法，
实际能
到的直得电压利用流比率 .0668还要。
低
不
正用弦，而采波用形波梯为调作信号，制以有可地效提直流电高利用压，
率
为因当梯，形幅值和波三角波值相等幅，其所时的含波基分量幅已经值超了三过
角幅波值。这时决，定率功关开件通断器的方和法正用波弦作调制为号波信完
时
全相。图同4.6 -给出1这种了方法的理原输及电压波形出这。对里梯形波的状
形三用角率化 σ=tU/Uo来描t述其中，Ut为半周
期内梯形波的高 Uto为把梯，的形
两
延腰长所得后到三角形的高的。 σ=0梯形波变为矩时波形σ，=1 梯时波变
形
为角波三。角三化率不σ同时输出，波形中相对的波含谐量和调制度δα=1时
直流电的利压率用 Um1/Ud也不同。 图46.-2出给δ和 U1/md随U变化的况情，
图
46.-给出了3σ化时变各谐次波量分值幅 Un和基波m量分值 U1m的幅。比
从图可中以出看σ， 0=.8左时右谐含量波少最但直流，电压用利率也低较。σ
=0当.
4，谐波含量时也较少，约δ为3. 6%而,直电压利流率用 为103，即为.弦正
调波制的时 11.9，其综倍效果合比较是的好。 图46-.即为σ 1=0.时的波形4。
.1 2
0.2
1
.0
ω 5r
Um n
Um
1
7ω
r
.
0
8
1 1ω
r
0
.6
0.
1
.
0
4
0
.2
δ
m1U U
d
ω 3r 1
0 .
02 0 . 40 6 ..081 0. 0 .0 2 40. 0 6 .0 .81 . 0
σ σ
图
4 6. -2图 4 .6 3-
从图 4.6
3-中以可看，出同形波梯制时调，输波形中出有含5 、7次等低次
次
波谐，这因为是梯形波本身含低有次波谐缘故。的可以也考虑在调制度σ低
较时正用波作为调弦制号信当用正弦波调，制能不足满出电输压的要求，改时用梯
形
波调制，这样可以使输出既压电低时较含不低次波，又谐以提可直流高压利
用率。电
.462.电线控压方式制
前面
所介的绍种 P各MW控制式方于用三逆变电路相时都是对三相，出相
电压输别进分行控的制。里这所说的相电是压逆指变路电各出端输对于直相电流源
相联结
因，对负载此提供的所压是电电线。在逆变电路输压出的三线个电中压，
独立的
有两个只。适当地利用多余一的自由个，可以度到性得能更的好PW 控M
制方
。
式
线电压控
制方式着眼点，在的通过于P WM控制逆变电路输使的线出压电
波形
中含不低次波谐，时同尽，能可高直提电压流利用，率使变电逆能路输更出
的交流电高压另。，外也尽应减量少率功器件开关次数的线。电控制压方式的直
接
控制手段是仍相对电进压控制，行但控制其目标却是线压电相对。于电线压制控
式方其控制，目为相电标的控压方式称制为电相压控制方式
。
如果相电压在正弦调制信号中波叠加当大小的 适次3谐，使波之为成鞍形
，波则经 过WP调制后M逆变，电输路的相电出中也必然压含 包3谐次。但波
合成在电线时压，相各压电中的3次 谐互波相消抵线，压电正为弦。波如图4 6.-4
示，所调在制号信中，波 ur1基峰正附值近为 恰次3波谐u r的负半3波两，者相互
抵。消这样，制信号调 ru
ur=1+ru3就中包含幅值可大的更波基量分ur1 而，使合
成后的信号
u的r大值最超不三过波角载波最的大。可以看出，值这种方法的原
理
在交和交-变频路
电的调信制中号叠加 次3波的谐方是法同相。的
u
u
r1
0
u
0
c
u 4图 .6 4
-
ωttω
u r
1u
3r
ru
可除以正弦在制信号中叠调加3次谐 波外还可，叠以其他加3 频于倍正波
弦号的其信波他形，可也以叠加再直流分，量这叠加些信的号都不会响线电压影 。
.
五结论
电．电力技术子 1从596年闸管问晶，世电力电子学生，诞今已至经近 5过
0年
的发历展，程前目已基形本比成完较的理整和论系体并，为因门独立成的学科。
尤是在最近其 0年，电1力电学获子得突了飞进猛的发展被，为人视社会类第的
次二子革命。正电 如BK.B.so教授所认为的e：“电电子技力在世界术范的工围业
文明发展
所起中关的作键用仅于计算机次。 2从世纪1开将对工始自动化业、交
展
未望来，在来将工高度自业化的情况下动，算机技计、电术力电技术及子动
自控技制术，将成为种三重要的最技术而其。，中正波逆变弦器术技势毕将成为
，电力
子电技术最中要的重组部分成。
参
文考 献
1.一张江
,
湘宁肖著编现代.力电子技术电理原应用与科.出学版
2社.道丁主宏.编电电力技术子航.空业工出版 社
3贾正春.
,
马远主志编电.电力学子.国中力电版社
出4.
张平等编著卫.绿电源 色
—现代
能电变换术技应用及科学出.社版
5王兆安.杨,,刘君进编军.谐著波制和无功功率抑补偿机.工业出版社
械6
曲永.主编.电力印子变电技流术.金工业冶版出
社7
.杨琦晶编主电力电子器件.原理与计设国防工业出.社版
8.
黄俊王兆,编安电.力子电流变技术.械机业出版社
工
.李9葆序,永赵编著健电力电子.件及器其用.机应工业械出版
社1.李爱文,0承慧张著编现代逆变.术及技其应用科.学出社版
1
1赵.可斌陈国雄编,.力电子电变技流术上海交通大.学出版
社
正弦逆变波器
一．引言
所谓
逆变器是，指流整器逆的向换变置装。其用作是通过导体半功开关器率
件（例
如
GTO
,GT,功率R
OMSFET和
I
BT等）的G开通和断作关，用直把流
能换电交流电能，它成一是种电能换装变置。
逆变
，器特是别正弦波变逆，其主要器途用用于是交传动，静流变频止
和U
S电P源。逆变器的载负多半是性感负载为了提。逆变效高率存，储负载电在
感
的中无能功应量反馈能回源。因此电求逆要器最好变一个功率可以是双向流的动
变器换，它既即以把可流直能传电输交到流负侧，也载可以把流负交载的无中功
电能
馈反直回电流源。
逆器变的理原在 早
1931
年在文就献提到中过。
194
8年，美国屋西
（
estWnihgouse）气电司公用弧整汞器流成制 了
3
00H0Z的感应热用加逆变器
。
914年7第，只晶体管一诞生固，态力电电学子之诞随。生159年6第一，
只晶
管体世问，标志着这力电电学子诞的生并开始，入进统传展发代时在这个。
时代，
逆器继变整流之后开器发始。首展先现的是 出
SR电C压型逆变器
。169年， 1
W
M.Murcar与
B.D.yedBordf出了改提型进
SCR迫换强向变逆器，为
SCR逆变
器
的发展奠了基础。定
9106年后，人们注以到改善意逆器变形波的重要，并
性始进开研究。 行
19
2年，6.AeKrnikc出了提“谐中波和消法”除即，来后常用
的“
重多加叠法”这，标志正弦波着变器逆诞的生
。1693，年F..TuGnbrul提l了出
消“特定谐除波法，”后来的优化为
PW
M奠定法基础，以了实现定的特优目
化，标谐如波小最效，率最优转矩，脉最小等。动
2
世0
纪
0年代7期后，可断关晶闸 管
GTO、力晶电体
管GTR及
其块相模
实用继化80。代年来，电以电力子术与技微电技子术相结，合产了生各种高频
化
的全控器，件得到了迅速发并展如，率功效应场管
Powre
MOSFET、
缘绝门极
晶管体
IGT 或
IBT、静G电感应体管
晶
IST、电静感晶应管 闸
STIH、控晶闸场
管MCT，以
及MOS
晶管
体MGT
。等这就、是使力电电子技术由统传发展代进
时到高频化时入。在代个时这，代有具型化和高小性特能点新逆的技术变层出穷不
。特别
脉宽调是制形波善技改得到术了速飞的展发 。
9164，年
由
ASc.hnonu和
gH
Ste.mmlr提e出、的把信系通统制技术调用到
应变技逆中的正弦术脉宽调波制技（术
S
nisuiodaPWM-简称，
SP
MW，）由于当
开时关件器的度速慢而未得到广。推到直
971年才由 5
B
isrolt学大的
S
..RowBes
等
S把WPM技术式正应到用变技术逆中，使逆器的变能性大提大，并高到得广
了泛
应用和的发，也展正弦使逆波变术达到了技个新高一。此度后各，
种
不同 的
PWM术相继出现技，如例入三注次谐波的
PWM
、空相量调间（
制SVM
、）随
机PWM、电滞流
环WM等P成，为高器件逆变速的器导控制方式主至。此正弦
波，变逆术技发展已经基本完善。
的
二．
弦波正变逆器的开关中器及件其基本作工原理
21.可关断晶管体（TGO
可）断晶关体简管
称G
OT它是晶闸。的管种派生一器，件因它此具有
CS的
R全
优部，如耐压点、电流大高、耐浪能涌强，造力便宜等；但它又具价像有
GTR
自关那断样有自关断能力具因，不再是而半型控器的而件成为控型全件，工器
作率高频、控制率小功线路、单简使用方便，因此，。
GT
是一种比O理想的较
大
调
、速功补偿等方无获面得广了得泛使用。
GOT是一 P种NNP四结构的半导体器层件它，结的，等构电路图效及图
形符
示于号图2 1-.中。1
G
PNP11N22GCC11AA2
A
A
G
G
2
K
K
K
K
(
)
a(b)
()c
图 2
.1- 1
中 图、AG K和别表分 GT示的阳O，极极和阴极。α门 为1 P1 1P2N体管的共晶
基极电
流放系数大，α2为 N2P2 1N体晶管共的极基流放电系大，图数中的头箭
示表自各多数载流的运动方子向通。α 1常比 2小，即αP 1N1P2晶管体灵敏不而 ，
N
P2N12体管灵晶敏。GOT导时器件通的总放系大α数1 +2稍α于己大于 ，1件器处
于临
饱界状态，为用和极负门号去关断信阳极流电供提了能性可
。
普通体晶管SR也C PN是N四层P结，外构部引出阳，门极和阴极，极构成一单个
器元。件TOG外同部引样出三个极，但电部却包含内着百个数阳极共小 的GO，T
一
通常把这些般 GT小O称GTO元为它们的门极和，极分别阴并联在一起，SCR
与不，G同OT一种是元的多功集率器成件这，为是于实现便极门控制断关所采取
的殊设计特 。
GT的开O通关和断过与程一每 GTO元个密切关相但 ，GTO的元特性又
不等
于整个同 GOT件的特性，器元集成使多 TG的O关过开产生程一了系新列问
的题
。
由
图21.-1()中所b的等示效路电以可看，出阳当加正极向电，门极压时同加
触发正号信，时TG导通，其O体具过程如： 下
G
A
C2
C
1
然这显是一正个馈过程。当反流入的门极流电IG足以使 体晶 N管2PN12的射发极
电
增流，进加使 P而1NP2晶体2管发射极电的流也加增，时当α +12>1之α后两，
个晶
管均饱体和导通GTO则完，了成导通程。过见可G，T开O的条通是件
α1
+α>212（1）-
时此门的极流电IG 为
II
/
式中 IA— TG的阳极电O；
流I
—GTGO门极注入的流。
电
由式
（）2可知，当GTO 极注入门正 的IG流但尚电不满能开足条件时，通
有虽正馈作反，但用器件不会仍饱和通。导是这为门因
极
电流不够，不满大α
足
+1α21>的件，这时条候，阳极电只流过流一个大不而是且定的确流值。电门
当
极电
流IG撤消后该，极电阳流也消就失与。α1α+=12状态对应所阳极电流的
为
界导临电流通定，为义G T的O住电擎流当 。GTO门在极正发触信的下号开时，
通只
阳有电流极于大住擎电后，GT流才O维持大面积能通导。
由
此可见，只能引起和要变化使并之足α1满+2α>1条的任何件素，因可
以导致 都NPN四P层器的件通。所以导，了注除门极电流入使G OT通导，在外一
定条
件过高下阳极电压的和极阳电压升率上，过高结温以的及火发光照花等射均
能可 GT使O触导通。所有发些这非门极发都触是不希的望非正触发，常采应取
适
措当施以加止防。
实际上，因
为GOT是元多成集构结数，百个上的以 TOG元制在同作硅片一
上，而 G
T元特O总会性在差存异，得使 TG元的O流分布电均，通不压态不降一，
甚
会在至通开过程中成造个别 GO元T损的，以致坏引起整个GT 的损坏。O为此
，要求
在制时尽可造的能使硅微观片构结匀均工艺，装和工艺过备严格程制控，
以
求大限度达最到所 有GT元O性的一致性。特另外，要高提向正极触发门流电
冲脉上升陡度，沿以缩短求G O元阳极T电流后滞间、加时速 GO元T阴导极面积电
扩的展，到达短 缩TOG开时间通目的的。
GTO
通后可在开当外适条件下部制控散扩杂分质的同布，提时高通
导关，断关其断路电原如图2理1.2所-示特。性，从门而电极路型小化。
关 断GO时T将开，关S闭 合门极，就
施
负以置偏电 EG。晶体压管 P11N2的IPA
集电极电
流 I1被抽出形成门c极负
电
流
IG，―此时 2PNN12晶体管基极电流
的
I
2 C
减小，
而使 I进c2小。于是引减起 cI1
I1C
I
的进
步下降，一此循环如已，不终
最
G
导致 TOG阳极电流的消失而关断
。
现，GT在的主要O技方术向仍，
大是电流、高耐。这就需要压善改E元
G
I
G
胞
特性，并改善个元每胞结构及的
一
S
致性均匀性、。要这改善从胞的微元
细和化少子命寿控制的佳化最手，
入，，图 .12- 2
由大容量于G O多是T用压采结构接因此，需。要使个元每特胞均匀一性致
和压接结构。压接式结构容易保证接式触致一，避性免合金烧结由生的受产热不
均以及应匀等力问题。
GTO因为
用了利电调导制应效，关断在后有尾拖流流电过。样这关断，损
耗将成
限制为其高压下用的应个主要原一因。与闸晶管相比，
G
TO有具快关的
速断，高度关断电流的容量大的和断安关全工作区它。代了表晶管发闸展的要主
向。方
2
2电力晶.体管（TGR）
力晶电体是
管
一种极型大双率高功压晶反管，体于由其功非率常大，以所
，它又称被作巨为型晶管，体简 称
GTR。
GT是R三由半层导体料两材
个PN组
结
成，的三层半体材料导的构结式可形以是
PP，N也可是
以
NPN大多。数双型
极功率晶
管是体重在掺的质
N+衬硅上，用外底生延法在
长+上N生一层长
N漂 层移然
，在漂移后层上扩散
基P，接着区扩散
N
+发区射，之因称为重扩散三。基极与射发极在
个一面上平成叉指做型以少减电集流和提中高件电器流处理力能。
GRT分
为PNN型和
PP型N类，两又有管 单
TRG、达林式 顿
G
R（复T合）管
和
G
TR块几种模式。形
管
单
GR饱和压T 降
CEV低，开关S速稍度，但是电流增快益
β小， 电容量
小流驱动，功大，用于率小较容的逆变量电。路
达林
顿
式
GRT电流益增
β值大，电流容量大，驱功动小耗，但饱压和降
VC
S
E较高，
关速度断慢较。和单 管
GRT一样达林，式顿模非化的块
TGR现代在逆变
电路中已不太常用。应早用较比广泛的还 是
TRG模块。它是将只两 或
4
、只
6只
甚至
、
7只管 单
GTR或林达式
GTR顿管芯封的装一个管壳在内，别组分单
成
桥、臂单相、三桥相和带桥放泄管三相桥形式，的壳绝缘，便于外设计和安装
。
在逆变
电路，中
TR都工G在共作射极发状，其输态特出性曲线指集电极是
电流
IC 和压电
VCE
以及基电流 极
I之间B的系关如图 ，
.22-1示。 所
GTR特性的区曲击穿区为 ，
线分
5个区。
区为
I
止区截，
BI=，0I很CC
小
为 ，
CE电漏流 。
II为区线性放大区
， 当
IB
增加时
IC，跟
也随
B线性I增。随加
着
VCE
继降低，续IC
已有增长没力，能
这进就了深度入和
区，即饱
IV区第。
这的
时V
CE称为
TR
的饱和G压降用，
CEV
S示表它，比
G
T和O
V
MSFOET低。要
V0
C
E
V
I IV
IVIIIIVIBIE
上升时，温
CI大。由更整于管个的导芯不可电绝能均匀对，的大
C会I产生中集
热点从，发而雪生崩穿击，
IC
增骤这。候时即，使低降
VC E无也于事济高，增速
的热长量无散法，出在很短时间（几微秒内甚几至秒）便使纳
GTR被永 远烧坏。
地这是就
GTR
二的击穿次象，现是它
TRG最致命弱的点，也限是
制GT
R展和发
一进推步应用广的最要的原因重一。之
电晶体力 管
GR大多T作功率开使关用所以，要求，要它有够足的量容（高
电压、
大电）、适当的流益增较高的工作、度速和低较功的损耗等。但率由于
力电晶管体的率功损耗、大工作流电，大此因它存在着如基诸区大入效注应基区、
扩效展应发射极和流电边集效应等特点和问题。
基
大区注入效是指基应
区中的少载数子浓度流到或超过掺达浓杂时度，器件
注入的率效降，少数低流子载扩系散数变大体内，数少载子流寿命下，以致严
降重影
响
TG的R电流增益的象。现
区扩展效应基是在大电流指件下有效基区变宽的条应。器件效在小流电状
工态作时的电集宽结度要主基由掺区杂浓度决定，此因增其益
β
值固是的；定在
但
大电条件下流由，于基中少数载区子流大量加造增集电结宽度收缩成，因，使
有效而基区宽。基区变扩展导的注致入效降率低增，β益下、特降频征减小。
率
发射极
电流边集应效称也为极基阻自电偏压应，效是由在大于数多情况电下
流条件下，区基横向压降的得发射极使流电配不分均匀所造成。的这在情况种，下
流的分电较多布地中集在近靠基的极发极周边上射引起电流，局部的集中进而，
导
致局过热。部
所以
为了削，上述三种弱物效理的影应响必，在须结上采构适取当的措以
施证适保合功率应用的大要。
需
2.功率3效场晶应体管（PwerMoSFETO
）功
场率效应晶体管简功率称
MO
FES，它T是一以晶体管种原理为础基，微
将电技术的发展子成果应到用力电子领域中的电极型的单电控压制器件不但有自，
断能力，关且而驱动有率小、功工速度作高、二次击穿无问题安、工全区作等
优宽。点率功
M SOET按其结F分类构它的主要代表，器性有件
L MOSFDE，VTVOSFMTE，
VD
OMSEFT。
在这里
以V
DOSMEFT例，为大来介致绍下一率功
MOS
FTE的结构工和作理。
原图
2.3
-1a() 是
VMOSFDT中E一单个的截面元，图它在是电阻率很地的重杂
掺
+
N衬底上
长生层一漂层移
N，
层的厚该度和杂浓度决定了质器件的向正断能力阻
。然在后移漂层再上长一生很层的栅极氧化薄，在物化物氧上沉积多晶硅极。在栅
用光刻除法去部一氧化物分，进后行
P和
区N源区双区双扩散，并+积源极电沉
极。这，就形成样了
沟道增强N型率功
MO
SFE，其T电图气符号形图 如
2.-3(1)
b所
。当示漏接极电源端正，源接电极负源端，栅和极源间极电压零时为
，基区
P和
漂移N之区形成间
的
P结 N
J
反偏1漏，源之极无电流流过。间如在果极和
栅源极之加间一电正压
GS，U于栅极是由缘的，绝所并以不有会栅电流极流过。
但栅
的极正压却会电其将面下
区P中空穴推的，开将 而
区P的中少数流载电子
子吸引到
极栅下面
的
区P面表当。
US大于某一G电值
压
TU时，极栅下
P
表区的面
子电浓将超度空过穴浓，从度使
而
P型半导反体型成
N型
半导体成为而反型，层
栅（
G
）源（S
）
D DG
G
S
N道沟
S
沟道
P
P
漂移N
层衬
底
（D漏
）
P
NNN
图
.3 2
-1
该型层形反
成N沟
道使而
PN 结
J1
消，失漏极源极导和电。电压
UT
为称开电
启
压，GUS超过
U
T越多导电，力能强，漏越电流 极
ID大。越
率功
OSFMET是多元集结成构，一器个往往由件许多个小
OMFSET元组
单成
。于对率
功M
OFSET说，采来多元集用结构是成有很益的，为因用采元多
集结成不构仅可降以通低电态，而阻且能提高还工作频率改善器，件性的能
。
由于漏
极电流流沟过时，道在沟道电阻上产生的损耗发热和制了 限
MO
FSTE
通态电流值
的提，高而元集成多构结仅使每不 个
MOSF
T单E的沟道长元度为
大缩短而，且所有
MOSFTE元单的道沟并联是在起一的，而因道沟电阻大度幅减
小。于是，在
样同的定额温度，下器的通态漏件极电流可提高以即提高。应用了
于大功
率能的。力
本，来在
MOSFET器
件由中载流子于沟道中在的渡时越间和栅极入电输
容
存在，的制了限器的工作频率，但件于多单元集成由结构沟道使长大大缩短，
度载子流渡越时的也间为大减小。又因为所有
M
OSFT单E的元沟道都是并联，
的所以允许，多的载流子很时同渡，使越件的开通器时间短极大。约以使漏极可电
流上升时间效见到微毫的秒数量级。
近年，各种来率功
OMSETF型器层件不穷出由。它具有于开速关度、快
输入抗高阻、稳热性好定可靠性、等强优，点在应用中取了许代多原为来双型极
功器件率所占的据域领。的工艺它特点决定它能方了便地其同他型的器件相类
成集从而促，了进压功率高成电集 路
HVI
C和智能功集率电路成
S
IPC实现，推
动了的电电力技子术的展发。
在，功率 现
MOSETF被广已应用泛开关电于源汽车电子、、费电子、工消
业制控等域领，中为当今成界上功率器件发展世律的规主方向要 。
2.
4绝缘栅双晶体极（IG管TB
绝）缘栅双极体管晶 （
Insu
ale t
Gta e
ipoBlr
a
ransistor）T简 称
IGTB是一，种
新
型的力电电器子。件是
它MSFOET 与
GTR的
复合件器，因，它既具此有
OSMETF
工的作度速、快输入阻抗高驱、动电路简、单热温度好性的点优又，包了
含G
TR
的载
量大流、断电阻高等压多优点，项取是
代GRT理的开关器想。从
1986件
频开关
电和源逆器、变器机人空、器调及要以快求速损低的耗许多域。领现已在
被广泛经应的用第三代IGBT通 压态降低、更开关速度更快；成集的智型 IGBT
能功模块率用更使方便体、更积小保护、更可靠，并省去驱动电路了
图 。.24-1 M为OSEF相类似T。
IBG的T构剖结面
极漏
极
源 Oi S
P
JN
J 1
2
J3PN 2NN
门
极图。由图知可
I，BT是G在率功
体区
OSFMET基的
上发础起来展，两
的
漂移
区
结构十分者似，类
同之不处在
于
缓
冲
区
I
BTG功比 率
MOS
EFT了多
一
入区注
个 P+层发射极
，可
以
成形PN结 1J
并，此引出由极；
漏极门和源与极 图 2. 4 - 1
IBTG按冲区的缓有无分类来，冲缓区介于是P +射区和 发-漂N区移之的间
N
+层。缓无区 N+冲称为对者称型IGBT，也 称为非穿型通IGB ；T有N +冲区缓者
为非对称称 型IBTG也称为，通型穿IGB 。T因为构结不同造其成特性亦不，同
对称非 型GBT由I于存 在+区N，反向阻能断弱力但其正，压向降、低断时关间
、关断短时尾部电流小与之。相反，称对型 GBIT有具正反阻断能向力，他特其
性却
及不对称型 IG非B。
T
从结
上构以看出， 可IBT相G于一个由当MO FES驱T动厚的区 G基RT其，
简
化效等电路图 2如4.2(-)所a示，N道沟I BG的图形T符如图 2号.-2(b4)所示对
于。 沟P IG道T，其图B形号中符箭的头线恰好相防。反中的图阻 电drR厚基区是
GR基区T内扩的电阻展 IG。T是以 BTRG为主元件，导OSMETF驱动为件的
元林顿结达。构示图件器为 沟N I道BG，TMOFES为T 沟道型，N GT为R PP型N。
N PN
C(D
)
Rrd
PN
P
G
G
brR
S
E(
)S
(a)
(b
)图
.4-22
GBIT的开通和关断由门极是电压来控的制。门极施以正压电，时MOFETS
内形成
沟道，并为
PNP晶体管
提基供极电流从而，使
I
BGT通。导在门上施
极
负以压时，电
MOS
FE内T沟道的消失，
NP晶体P的管极电流被基断， 切
GBT即
I关为断
。
当
VD为S时，
负J结处于反向3置状偏，类似态于偏反二管极，器呈反向件
断阻态状。
当V
S为正时D，有两可种：能
1)(若极门压电小于开电启，压即
V G
阻断状态；
(
)2门若电极大于压开电启，压即
V
G>T时V，绝缘极门下面沟的形道， 成
N
区+的电通子沟过道进入
N-
移区漂，移到漂
3结，J时此
J记3正向是偏置也，
向
N-区注空穴，从入而
在N-
区产生电导制调，使器正向件通导
。在器件
导之后，通将门若极电突然压至零减，则道消失，通沟沟过道的电子
电流为
零，漏极电使流有突所，但降于 由
N区中-入注大了量的子、电空对穴，
因而漏
电流极不马上会变零为而出现一个拖尾，间。
时
除上
述
I
BGT的常工作情正外况，从结中构可看出，由以
I于BT结构中寄G
生
着
NPN四P结构层存在着由于再生作用而将，通导状锁定起态来的能性，可从
而
导漏极致流失控电，进引而起器产件破坏性生效失。出锁定现现象的条件是
就闸晶的管发触导条件：通
α1
+2α
=
1
I
GB的T定锁现又象为静分锁定、动态锁态和栅分布锁定定静态。锁是定
IG
TB
在
态稳流导电通时现
出
的锁，定此，漏时电压极，低锁发生定稳态在流电密超度
过某数值时。一动锁态定生在开发过关中，在大程流、高电电的压况情下，要主
因为是电在较大时流引α
起和α1
的2增，以及由过大加的
vdd/t引起位移电的
流成的。造分栅布定是由锁于缘栅的绝电容效，造应在开成过程中关个别先开或
后关断通
IG的T之中B电的流度密大过形而局成部定锁。应当取采种各艺措施提
工
高
IBT的锁G定电，克流服由于定锁而生产效失
。
.5小结2
功率
ODMFE是单极型T压驱动器电，件具有作速度快工输、阻入高抗热
、稳性定以好驱及动路简单等优点电但是导，通电阻，电流大量较低容，断阻电
压
低也
。GTR和
GTO 是极双电流驱动器件型，其阻断电高压载流，力能强，是
工作速但度慢，驱电动大，控流电制路较比复杂。于各有由所限使，们在它型电
新电力子装置中的用应到局受限
而。
IBT作G功为
率MOSFT和E
G
R的T复合器件将它们，各自优的点集于一
身扬，长短，使避特其更加优性，具有越入输抗阻、高工作度速快、态电通压、低
阻
断压电、高承受电大等优流，因点而发展很，应用快很，广在个领域各有取中
代前述
控型器全件趋的，I势BGT已为成前当力半导体电器件展的发重要方向
。
．正三弦波变逆主器路的电基形本式
常用逆变按器照逆变器直流侧波形和交的流侧形分类波可，分为以压电逆型
31.压电逆变型
器
想的理逆器变，直流变到从流交的率功总是一的值定而没有动脉直流电压
波，形电流和波中形也应不该产脉生动。而实在的逆际电路变，中因逆变为的脉器
动数
等限制，因有，而逆变功 P率是脉动。的当变器逆的变功逆 P率的脉波
形动直由电流流体来时，称为电压现逆变器，型图如 3.11-所示，直电流是源压恒
源
。
i
d
0
P
0
图
3. 1 -1
电压逆型变器特的点：
是
（
）直流侧1有较的直大滤波电流 容C。
d
2（当负）功载因数率变化时，流交输电压的出形波不变即交，流出输
电
波压与负载无关形交。流出输电压的形波通，逆过开关变动作被直流电的电容
源的电上钳位成压为方波。
（3）逆变器中在与，变开关并逆有联馈二极反管D ~D16所以，交流电
，压
负与无关载是，方波。
（）4出电输的相流位着负随载率功数因变的而变化化。换向在同桥臂
是
关开管之进行的。
间（
）5以可过控制输出通电压的值和波形幅来控制输出其压。
电
E
C SS
d
a
b
负载
D
P
D
D D
DD
1
2
3
4
5
6
交
流
Ud
0
Cd
3.
2流电逆型器
变
逆当器变逆变功的 P率脉的波动由形流直电来压现体时，之为称流电逆型
器变
，如 3图.-21所示，直流电是恒源源压
。
S
S
P
D
P
ia
b
d
0
0D
DD
D D
1
2
3
4
5
6
交流
Ud
0
负 载
ai
Ld
L
d
d
I图
.2-31
电流逆型变的特器是：点
（
）1直侧接有较大流滤波的感电 dL。
2（）负当功率因载变化时，数流交输电流出的形波不，变交即输出
电流流形与波载负关无。流交出电输流形，通过逆变开波的动关作被，直电源电流
稳感成方波流
（。）3在逆变器，与逆变中开关串联的反向有阻断二管极D1~D 6而，
没
有反馈二管。极以所在逆，变中器须必释放换相有时积在负蓄电载感上能的量
的电
路通常（并用联电容吸收部这能分量。）
4（输）电出压的相位，随着负载功率因数的化变而化变。换向是两在
邻相之间进相行。
（5）可以的通过控输制出流电的值幅和波来形控其制出电输流。
四
PW．M脉调宽式制变器逆
4.P1MW脉调宽制技术概的
逆况器变脉的调宽制术技 WM（PulPe s
WitdMhodlutiao）是n用种参考波（一通
是正常波弦，有也时梯形用或方波波等）为调“制”波（mdulatongi
wa
ev，）而
以N倍
调于制波频率正的三波（角时也用锯有波齿为“载波）”（arrier c
ave）。w
由
正三角于波或锯齿波的上下度是宽线变化性波形，的此因它，调制与相波交时
，就可
得以到一幅组值相，等而度宽正于调比波函数制值矩形的脉序列冲来等效
用
制调波用。关开取代量拟模，量并过对通逆器开关变管通的断制控，直流电把
成变流交，电一这技术种就叫脉宽调做制技术当。制波调正弦波时，输为矩出脉形
冲序列的脉宽冲度按照弦函正规律数化变这，调种技术通常又称为制正弦波脉
调制宽（inuSoisdPWM）a术技。
随
逆变器着在交流动、传UP 电S和源有滤源器波等的中泛应广用以及，速高
的高度
视。重其尤最近是年几微处，器理用应
P于W技术M实现数字化控制以和
后更是花样翻新，到，前为目，仍止新有的
PWM 方式在断出不现 。
WP技术的M发过展程：是
1 936，年.FGT.runbull出了提除消定特谐法波；
1
694，
年A.
cShonung和
HS.etmmlr把e通系统的讯调技制应术到用流传动交逆
器变中产生了，正脉弦宽整调术（技SWPM，后由）英
国
ristBo大l的 学
S
..BowesR
19于57进行年了广和应推，使用
SWM调P技术成为了制广泛关注被的热点。
后来，Boes又相继w出了全提数字化
S
WPM案，规方采则数字化
样WP方案M以
及准优化
PM技W术（Sboptimau l
P
MW）以提直高流电利用率压。1983年 ，
J
.oltzH
等
又提出了空相量间
WM技术P，项技该术(， 从)用于步异电动机角的出度发直，接
采用电动以磁机链形轨迹为圆的目控制的方，因而法使起用
来更加观直，更加也
方便
。
以
urTnblul消除的特定谐法为基波础出现，求了大值或最小最值优化 的
P
WM的概。由念此
1于9771~98年6，
G.SBu.j、aFC.Z.ac和
k
KT.naguihc等提i
出
了电流谐畸变率（波TD）最小H、率最优效以转矩脉动最及的小优最
PWM
法。
于这由方法些有具电压利率高用开，次数少关，可以现特定实化优的目等优点，
所以
们人直在进行着一这面方研究的。随微着处器理预速算的度断提不高 ，
J.Sn
u
等于
199年提出4实了完时优成化的
P MW方。案
此
，外应当提到的是 还
A.B.
lunkettP于
1 80年9出的电提流滞比较环
P
W技M
，以术及在此础上发基起来展的全数化无差拍字控制 （
eaDdb-ate
ontCrolPWM）
术，都具技实现简有单的特。为点了消噪声除，
1
939
年
~1994，年由
.A.TMrzyanolwky、s.GV.Agledisi等提出了即 随
WMP法，是从它改谐变波的频
谱入分，使谐波均匀分布在手宽的频带较围范，以内达抑到制声和机噪共振械的
目
的 。
PW技M术大的从方可面分为以三大，类波即形制调
PW
M术、优技化
PW
技术M随机和
PMW技。术PW技术M可以用电于压逆型器，也变可以于用流电
型逆器，变它对逆变技于的发术展起很大了的推动作。它与用多重加叠法相比较
，
以下一些显著的有点优：
（1
）路简单，只电用个功一控制级率既就以调可输出节电，压可以又
节输出频率调。
2（）可使以用不可整流桥，使控统系电对网功的率数因逆变器输与
电压出值无关
。
（3可）以同时进调频行调压，、中间直与流节环元件的参数无，系关
统的动态响速应度。快
4（可以获得更好的）形波善效改。果
是由正这于些优，点使
WP脉宽M制调术在技当今逆变领域据占绝对了主的
导
位地。根据波与载制波角调率的频系关不同，以可为同分步式
PWM
制调非
与同
步 式
P
M调制W。
同步
式
PWM
制调使是载波角频率 ω
c决定（关开作工率）频调制和角频波
率ω
s（相当于输
频出率）同步一的种制调法方，因此调，制波半个期内周包
含的所载脉波数冲定是（即载波值比
=ωN/cs恒定）；非同ω步式
PW调M是使制
载
角波率ω 频
c
和制波角调率频
sω同步不的调法制调制波半，个周内所包含
期载波脉的冲数不定值时（载即波比
N
=ωc/s不ω恒）。定般来说一载波角频， 率
c是ω保持恒定的但，时有侯也根工作据况情而变化。
因
此难做以到滑控制平为了克服。个缺这点，可采用改以变载脉冲波数的法。
方在非同步
WM调P中制虽，不然要需改变波载冲脉数，当但载比波
=ωNc/ω较s
时小输（出频和率关开频率接近），使输会出频率
f和0波载率频
fc的
边下频谐波
很接而发生跳动，使特近显著变坏而不性能使（用此，非因同步
P
W调制希M
望快速器用，用件大增波比例如载
取≥N1来5避免载波率的频边下和输出频率频
接近）。此时
可，以用比非使步同制调微复杂一些稍同的调步方制式非。步同的
三角
波—正弦波比—较式一般是在方控线时使制，而用同步方可式在以也线可以
线离使。用也一些逆有变器，在低输频时出用非步同方式，在高频输出用时同
步式方，我把们这使用种方叫做式步—非同步交同方替式。管是同步不、非步同
，还是
同步非同步交替方—，式逆变器电路是不变。 的
.2 4
PWM控的基本制理原
.421.WMP制控的基原本理
采在样制控理中论有个一重的结要：冲量相等而论形不同的状脉冲窄在具
加
惯性有的节上环时，效其果本基相同冲。即量窄脉冲的指面积。里所这的说果
效
基相本，同指节环的输出应波响基形本相。同把各如输出形用傅氏波变分析换，
则其
低段频特非常接性，仅近在高频段有差异。例略如
图42.-1a(、()b、)(c所)
的三个示窄脉形冲状同不图，
.2-41a)为(形矩冲脉， 图
4.-2(1b)三为形角冲脉图，
4.2
-1()为正c半弦波冲脉但，它们面积的即（量冲都等）
于
，1那么，当们它别分
加在有惯性的同一具环节个时上其，出响应基输本同相。冲越脉，其输窄的出
差异
越小。窄脉冲变当为 图
4.-1(d)的2单位冲函脉数
δ
t)(时，节的环应响即该
为环的脉冲过节度函。 数
(f) t
0
t 0
(f)
tt 0t
()t
0 tf
(t)f
(b
)δ
()t
)
c
)
) a
d
(
(
(
图4
2-1.
述上论是
P结W控制M的要理论重基。下面来分析一下础如用一何系列幅等
而
不宽等脉的冲替代一正个半波弦
。
图
把4.2
-2(a所示)正的波弦波分形成
N 份，就可等把正弦以波半成由 看
N
个此彼相连脉冲所的组成的波形这些脉冲。宽度等相，都等
于π
∕
，N但幅是
值等不，且冲顶脉部是不平直水，而线是线，各曲脉的幅冲按照值正规律变化。
弦
形
冲的脉中和相应点正等弦的中分重点合，使且矩形脉和相冲应弦部分正积面
（冲量相），就等到得 图.4-22(b)示的所冲脉序列。这是就PW M波形。以可
看
出各，脉的冲宽度是照按正弦规变律的化根据。冲量相效果等相同原的理，
PM波W形正弦和半波等是的。效于对正弦形的波半周负，也以用同样的可法方
得
PWM到波。形像种脉冲的宽这按照度弦规律变正而和正化弦坡等的效P WM
波形
也称为， SWM（SinPusodail
WPM）形波。
在PM波形W，中脉冲的幅值是相等的，各改变等要输出效弦波正幅的值时，
只
按要同一照比例数系改各脉变冲宽度即的。
可
面说上
明了 WP控制的基本原理。按照上述原M，在理出了给正波频弦率、
幅值半和周期内个的脉冲后， 数WPM形波各冲脉的宽度间隔和可以准确地计就
出来。按算计照结果控算制路电中各开个关器的通断，件可以就到所需要的得
P
MW形。但是，这波种计是很算繁的琐正，波的弦率频幅、等变值化时结果，
都要
变化较为实。用的法方采是用制调方的，法把所即希的望波作为调制形信号，
把接
受制调的号信为载作波通过对，载波的调制，得到所望期的P WM形波通
。
常采用腰等三角波作为载，因为等波腰角波三上下度宽高与度成线关系且性左右
对，当它称任何与一平个缓变的化制调信号相交时波如在交点时，刻控电路制中
开
关器的件通断就可以，得到宽度比正信号于幅波值脉冲，这就的合 符PMW控
的要制求。当调制信波号正弦波时为所得，的就到是 PWS波形。M种情这使
况
最用，这里所广绍的介 WMP控制要就是指 只SWPM制。当控调制信不号是正
弦
时波也，得能到与制调信等号的 PW效M波形
。
ωt
0
(a )
Ud
V
V V
V
VD
V VD D
DV
R
u
2 L
1
1
2
0
3 4
4
3tω0
u
(
b)
u r调制
u电路
图 4c.-22 图4.-23
.4.22相桥单 式WPM逆变电路
图4.2-3采用是电晶力体作为开管器件的电关压型相桥单逆式变路，设负电
载为电
感，性各对晶体的控制按下管面规律进行：的在正半周，期晶体管 V1让
一直持保导通而让，体管晶V4交替通 。当天断V1和 4V通时，负载上导加所
的
压为直电流源电电 压U。d 当V1通而使 V4导关后断由于电，性感载中的负电
流不突能变负载，流将电过通二极 管DV3续流负载，所上电压加为零如负载电
流较。大，那，么到使 直4V一次导再之通，前DV一3直续导通持如。负载流较
电
输出电压uo就 可到零得 U和交替的d两种平。同样，电负半周在，期让体管晶
V保持导2。通当V 3通导时负，被加上负载电 压Ud–当， 3V关时断 ，D4V流续，
载负压电为，负零载电 uo压得可到 –dU和零种电两。平样，这在个一期周，
内逆
器变出的输P WM形波就 由± dU0三、种平电组。成
制控V4或 V3 通断的方法如 图.2-4所4示载波 uc在信。号 ur的波半周为
正正
性极的三波，角负在周为半负极的三性波角。调信号 制ru为弦正。波在ur
u和c交点时刻控的制体晶 V管或 43V通断。的在ur 的半正周，V 保持导1通，当
ur>uc时
使 V，4通导负载电压， ouUd=， ur当
负的周，半 1V关断， V2持保通，导 当ruuu
c
，使 V3关时，断 u=0o。这样，得就到了SP W波形Mu 。o中的虚线图u of示 表
u
中的基o波分。量像种在这ur 的个
半
周期内，三波角载只波一在个方变向化
，所到的 P得W波形也只M一在个向变方化控的方制称式单极为性 WMP控制
方。 式
ω
t
0
ωt
0
u
Ud
dU
r c
u
0
u f0
图 4
.2 -
4ttωu ω
0
U0d
dU
cr
0uu0f
4图 .2 - 5
-
-
和单极
P性WM控方制式同不是双极的性 WP控M制式方图。4.2 3-的单相
桥式变逆路在电采双用性极制控式方是波的形如 图.4-5所2示。在双性方极式 中
ru的半周个期内，三波载波是角在负正两方个变向化的，得所的 到WMP形波也
是在
个方向变化两。在 的ur一的期周，输出内的 WP波M只有形 U±d种电平两。
仍然在调制信号 u
和载r信号 u波的c点交时，控刻制各开器关的通断。件 在ur
的
正负半周，对开关器各件控制的规律同。当 ur相uc时，>晶给体管V 1 V和
以导4信通，给 号2VV、以关断的3号信输，出电 u压oU=d。 ur当
和V 3以导信号，通给 1V 和V4关以断号信，输出压 uo=电-Ud可。以看出，
同
一桥半下上两个臂桥晶管体的驱信动极性号相，处于反补互工作方。式在感性
电载的负况情，下若 1V和V4 于处导状态通，给时 1和VV4 以关信断，而给 V2号
和
V3以通导号后，信 V则和 V14立即断，因感性负关电流不能突变载，V 2和
V3不能并立即导通二，管极V D和2VD 导通3续流。感当负载性流较电大，时直
到下
一 V次1 和V重新导4通，负前电载方流向始未终， VD2变 VD3和持导续通，
和
V3续流D之后， V和2 3V通，导负载电反流。向论不V 2D VD3和导通，是还
V2和 V
导通3负，电载都压 是–dU。从V 和 V23通导 V向1和 V4导通切换时，
DV1 和D4的续V流情况和述情上况类似
。
4.2
.3相桥式 三WMP逆变电路
在 PM型逆W变路电中使用，多最的还如是图 .246所-示的相桥三式逆电
路，其变控方制一般式都采是双极用性方。 U式、V 和三相的WPW M制控常通公
一用三个波载波角 段c，u相调制三号 u信U、rruV 和ruW相位的此相差 1依2°。0
U
VV
V
V
VD
V VD D
V D
u
u
d
4
1
1
4
3
6
6
3
rU
c
调制
电
5
路2
VVD 2
V V5 D
rV
uuW
r
U
V
W
2
2
U
d’
NC
C
N
图
4 .2 - 6
、U和 WV各功率开关相件器控的规制相律，同现以U相 例来说为明当。 uU r
uc>
时，上桥给臂晶体 V管以导通1信号给下桥，臂晶管 V体4关断信以，号则U相
相对于直流电假想源中点N′的 输出电 压uUN=Ud/2′当 。uU
导
通号，信给V1以 断关号信， 则uN′U-=dU2。V1/和 4的驱V动号信终始互是的。
当给补 V（V41加）导信号通时，可能是 V1（V4）导，通可能是也二极管 DV1（V4）
D
流续通，导这由感要性载负中来原电流的方和大向来决小定和，相桥式逆单电
变双路性极 PMW控时制情的相况同
。V相 和相W的控方制式 U和相相同。臂当
和臂1 6导通，时u UVUd，=臂当3和臂 导4时通，u U=VU-，当臂 1和d臂 或3
臂
和臂46导通时，u UV=0因。此逆变，器出输线电压± 由d、0三U种电构成平 。
4.2.4
区对 死PWM变器的影响逆
在双极性 PWM
制控式中，方同一上相下两臂个的动电路驱都是补互。但的
是，
际实为了防止上上两个下臂通而造直成短路在给，一个施臂加关信号断，后
再迟延Δt时间 才，另一个给施臂加通信导。号延时间迟的短主要由功长率开关
器
的件关断间时决定。这所谓的延迟时间个Δt，即 通常为说所的区，也有人死
把
称它作开关时滞（S为wtcihign
Lgat-mie）s
。
在 PW
M变器逆中设置死区Δt， 以避可免桥同臂开管同关时导通短的路故
损
耗少减。这设置是区死优的。点但由设于死区所引起的反馈置极二的续管流，
使会出电压基波幅值输小，减产生出与并区死时Δ间
及载t波比
成比例的N
3，， 5
，…次谐7波。这是置死区设来带的缺。这点个缺对点频变调系速统的影响为显最
著，
别特在变频是速调系低统速行运时调，制波角率频ω
s减小使载波比
N相
，增对大因，使由于死此Δ
t区引起所的基波幅减小的影值和
3，响5，7，…谐波
次
例比大的影增响加严更重在这种。况情，为下了证保频变调系统速的良好运行
，就必须
要对死的区这不种良影进行响偿。补
常
用补偿方法有的种：一种是电流反两馈型补偿另，种是电压反一馈补型。
偿它的们同共偿补理原就设是法生一个与产误差波波形即由于（设置死区而使输
，
出
的P
WM波形为成离偏正弦波的形）波相似、相位相的补反偿压电抵消或来削
误弱差波的影。响
.34
P W型M逆电变的路控制方
式在
PW逆变M路中电，波频率载.
c调制与号频率.信
r比 之
=N
.c /
.
称
为r波比。载根据波载和信是否同号步载波比及变的化况。 情
P
W逆变电路M以可
有异步调制和同步调制两控种制式。方
.341异.调制
步波载信号调制和号不保信同步持系的调关制式方为异步称方。式步调在方制
式中
，调信制频率.号变r时，通化保常载波持频.c固率不变，定因载而比 波
N
是变化
的。这样来一，调在信号制的半周期内个，输脉出的个数不冲定固，冲
脉相位不也固定，负正半期的周冲脉对称，不同，时半期内前后周
1/
4周的脉期冲
也
对不。
当调称制号频率信低较，时波比 载
较N，半大期周内脉的数冲较，正多半
负周
期冲脉不称对半和周内前期后
/4周1脉冲期对称不影响都的较，小出波形接
近正弦输波。调当制号信频率增高，载时比 波
N就减
，半小期周的内脉冲数减少
，输出
脉冲不的称性对响就变影大，还会出脉现的跳动冲同。，时出波输和形正弦
波间的之异差也变大，电输路特性变出。坏于对相 三
PWM型逆
电路变说，来三
相
出输的对性称变差。因也此，采在异用步制调方时式，望尽量提希载波高率频，
以在调制信使频号率高时仍较保持能大较载波的比，善改输特出。
性
4
3..同步调2
制载波比
N于等常数并在，频时使载波信变和号制调号信持同保步调的制方
称为式步同调制。基在本步调制同式中，调制方信号频率变时载化比 波
不变。N
制调信半个号周内输出期脉的数冲固定的是，脉相冲位也是定的固。在相三
PWM
逆变路中电，通公用一常三角个载波波信，号且载波比取
N为
的3整数，倍
以
使相输出三形波严对称格，同时，为了使一的相波正形负周镜半对， 称
N应取
奇数。为
当变逆电路输频出很低率时因为在，周半内输期脉出冲的数是目定固，的所
以有
PMW制而调产生.
c的附的近波谐通常易不除，如果滤负为载电动机，会
就产
生大较转矩的噪和声给电，机的动常正作带工来利影响不
。
率范频划分围若成干个频，段个每频内段保都持载比
波N为定恒不，同段的
频波比不同载在输。出频率高的频采用段低较的波比，以载载波使率频不过高致，
在功
率关开件所允器的范围内许在。出频输的率低段频采，用高较的波载，以
使出载比波频率致过低不而负载对产生利不影。各响频段载的比应该都波 取
3的
整
数且倍奇数为
。
提高载波率频可使以出波形更输近正弦接，波但载波频率的提高到受功率开
关
件允许最器频率高的限。另外，在制用微采进机控行制，载时波频还受到率微
机
计算速度和控制法计算量的限制算。
同
调制方步式复一些杂，使但用微控机制时还容易实是的。也有现一些电路
在低输频时采出异用调制方式步，在高而输频时切出换同到步调制方式这，种
式方以可两把者的点优结起合来和分，同段步调方制的效果式近接。
44.
SPWM正弦脉
调制法宽
44.1.SPW正M脉宽弦制调法概的 况
SP
M正弦脉W宽调制（法
S
insoudaPiW）M调是波制为正弦波、波为载角三
波
或锯波的一种脉齿宽制法，它是调
1
64年由9
AS.hcounng
H和.Semmter把通l
讯
统系调的技术应制用逆到器而产生变的后，由
来
rBsiolt大学的
SR.B.owe等r
于
1
795对年项技术该式正行了进广应用推这项技术的。点特原理简是单通，
用性
，控制和调强节性好，具能消有谐除、调波节稳定输出和压电多种的作，是
一种比较用的波形好改善法。它的出为现中型小变逆器发的展起了要的重推作动
用。
S
PWM正脉宽弦制调
法分为阶两式三阶和两种式。里所说这“的”阶指
是
的PMW逆变器输式电压出电的的电平数，亦平称阶为数，是在出电压输个一周
期的内压电平电（数阶）。当数数为 阶
3时，把出输压电波基半周个期的脉冲
内数称为
WPM变电路逆PW，M波形有、正、零三负个平电是三，阶
WP波M
二比
阶P
W波具有更M好的除谐波特性消 。
4
4..2SWPM弦脉宽调制正的法用
应单 相
SPWM正脉宽调弦制通用常于相单交流变器逆
和U
SP中三相；
SWP
M弦脉宽正调主要用于制下几个以领：
域
（1）流交动机电频变调系统速
三交相流动机电调的压调（频
VVF）V速系调，供给统三异步相电机的三
动
电相流要基正本，弦以少电机减发热的其，逆主开变关电路（相全三桥）用三
要
相
SPW M正脉弦宽调脉制来冲动驱
。
（）三相有2源率功数因正校（FCP
）了提为功率高换变器功率的数，用因相三有
源
PCF路代电传统的三相可替
控波全整流电。路相三有 源
PF
C路有时要用三电相
SPMW弦脉正调制宽脉来
冲
制控
。（3
）三相源逆变系统有
了减为谐少对波电的网污染，高提率功数因，可以三相用
S
WPM正弦宽脉
弦正。主要用交于流动电制机动量回能系馈、电统调力节装等。置
（4）相
UPS三
用三
相
S
PW正M脉宽调制脉冲来控弦制三相变逆主关开电，路可将以蓄
池电的中流电逆变成直三相正波电压弦供，给负，载以少谐波电压对负减的载响影。
44..3PSWM形波的生成法方
按照前面
讲述的
PWM
变电路逆基的原本理和制控法方，可用模拟以路电
构
成角三载波和正弦波制波调发电生，用比路较来确定它器们交点的在交，点时
刻对
率开功关件器的通进断行控制，就可生以成
SPWM
形。但这波模拟种电结
路构复
杂，以难实精确现的控制微。机制技控术发展使的用软得件成 生
SPMW
波形变得比较易，因容，此目
前
PWSM波形生的和成控多用制机来微实现下面
。
绍用介件软成 生
SWMP形波的几种基本算。 法
.4.431.自采然法样
按
照SPWM控
制基本的理原在，正波弦三和角波自然交的点时控刻功率制
开
器关件的断，这种通生成
SPWM波形的
方称为法自采然法。正弦波在样不同
位相角时其值，不同也。因而三与角波交相得所的到冲脉度也不宽。另外同，当
正
弦频率变波化或幅值变时，化各脉冲的宽也度应相化。要变确生成 准
PSWM
波形
，就应确准地出正算波和弦角三波交的。点
图4
4.-1出了用自给采然样生法 成
S
PM波W的方形。法
图中
三取波的相邻角个两峰正为一值个周，期了简为计化，克设算三角的
波峰值为标
幺值
1，正弦调
波制 为
u
r
=
sainωtr
中，式a调
为
制度0，≤
a 1
r为
AuucB
u
t0
tt
δA Br
T
正c弦制信号的调频率角。
从图
4
4.1-中以看出，可在角三载
波的
个一周
期Tc
内，下其段降和上升
段
各和弦正调制有波个一交，图中
点的点分别为交
A和
B 这。里以正弦波
上升的段零点为过间时始点起，并
A设
和
B对所应时刻的别为分
tA
和t。B
同步调制方在式中，如
图4.4-1
所
，示使弦正调制上升段的过波点和
三零波下角降段过零点重合，并把该
时刻为作时零刻同时，。该点把在所
的三
角周波期作为弦正制波一调期内周
的第
个一三角周期，波把程方 （
4-
1）、
（-2）4立，就可联得以出
第
n个期
周的三
波方角。程
u
t0
0
图 4 . - 14
uc=
-14t
[-(n
5-4/)T]cTc/
(
n
- /4)T5≤tc
(-
34/Tc
)
(41-)
uc-=1+4[-(n
-t3/)T4]cT/c
(n
–34)Tc/≤
-
14)/cT
(-24
)
这
样，弦调正波和第制
n个周期角三的交波时点刻
A和t
t
B以可别分由下式
求 得
-14tA[(n-5-4/Tc])/cTa=isωrnAt
4(-3)
-1+4[tB
-(-3/4)nT]cTc/as=nωitBr
(4-4
)
给
定T
和c
a后，解求面两式上即求得可
tA和
tB
脉。宽冲度可δ下式由求出
=
δ
t-tB
(A45)
-
(4-3)、式式
(
-4)4是超都越方程求，解时花需费较多计算时的间因而难，在实以
时控
制中在线算计。
4
..3.4规则采样法2
自然采样是最基法本 的
SWPM形生成法波它，
以
SWMP制的基控原理为
本
发出，点以准确可计算地各功出开率关件的通断时刻，所器得波的很形接近弦正
波
但是，。种方这法算量过大计因，而在工上实际程使用并多不。规则样采是
法一应种用较广的程实工用方法它的，果效近自接采然样，法计算量但比却自然
采样法
要得小多。
图
4
4.2说明-采用了齿波作锯为载的规波采则法。样由锯于齿的一波条是边
垂
直的，而因和它弦正制调波的交点时刻确是的，所需要计算定的是只齿波锯
边和正斜弦调波制的点交时，如图
刻44.-2的中
tA 。这样就，使计算明显减量。少
锯
齿是非波称对波的，用形锯齿波作载波时只为制脉冲控的上升和下降刻时
的一个中。种这调方制称式单为调制边而用三角波；作为载信号波时称双为边调
制
。边调制单双比调制边算计量小但，其出波形中含输有次偶谐波总，谐的波
分量比也边双制时调大
。
c T
T
c
δδ
A
uu
0
uc
r
t
At
At
0
tBu
c
uB
ru
D
D t
u
0
0
u
δ
0
0
t
2
2t
δ
δ
4 图.4 -2 图4 .4 -3
实
际用应多的还较采用三是波角为作波的规载则采样法在自然采样。中，
法
，即使个脉每的冲中点都以应的三相角中波点对称，为样就使计算大这简为。
图 化
.4-43这种方是的示法意图
。如所图示，在三角波负的时刻峰
Dt对弦调正制
波样采得到 而
D点，过
D点作一水平
线和三直波分角别于 交
点和
B点，A 在
A
点的时
刻
tA和
B点
的刻 时
tB控制功
开率关器的通件。断以可看，用这出种规采则
样所得到的脉冲法度宽和δ自用然采样法得到的脉所冲度非常接宽。 近
4
.4..33次低波谐消去
法以去消
WPM波中某形些要的主低谐波次为的，通过计算来目确定各脉的冲
关开时，这刻方法种称低次为谐消去波法在这。方种法，中经已用不波的比较载，
但其
的仍目是输出波形尽使能可接近正波弦，因此算是 也
SP
M波W生形成一的
种
法。方
图.4-44三是桥式相
P
M逆W电变中一路的输相出端相对于直流电源子点
中的压电波，形相即于图当
42-6中.
UuN的ˊ形。波图
4.4-
4中在，输电压出半的个
周
期内开关，件开通器关和各断
3
次（包含
0不和л时）刻则，共
6个有开时
关可以刻控。制实上际为，减少谐了并波使析分单简而使形波称对。先首，了消为
除偶次谐，波应使正两负半周波期形镜称对，即
u(
t)
=
u-ωt+л()
(46)-
次，为其消了谐除中波余的项弦简，化算计程，应过使波形对称奇即还，应足
u满t) (
u(=-ωл)
t(4-7
)时同足式(4-满6、)(4-7)式的波形为称分四之一周对称波形期。
uUN
U
d
0
л
1
α23αα 2
ω
л
tU
d
图4.4-
4
图
4.4
-所示的4是就分四一周期之称对波，形以所一个周在内的期
21个关开
刻时，中够能立独制控的只α有
、1 α
2
和
α3共
3 个时。一刻来般说如果在，
输出电压半个的期周内关开件开通和关器各断
k次则，共
有
k的自度可以控制由，
除一个自由度用来制控波的基值幅外，可消以除
-1中k谐波。
4.
4..3小结
4上
各述种S WMP生成方均用法永于调不制式方中因为在异步，调方制中式，
信波各号期周内冲脉生的发刻并不相时。在用同微机控制生成 PWMS波形，时
通常有
查法和表实时计法两算种方法。查法表是根据同的不a ω和r 先线离算计
出开各关件器的通时断，刻把计算果存于 E结PROM。运中行时，表查读所需
要出的据数进实行时制控。这种方法用于适计量算大、在线较算困难的场计，合但
需所存内量往容往较大实时。算法计不进行离是计算，线而运是行进时行在线计
算求得
需的数所据这种。方法用于计算量适大的不场合实际。用所的法方往是往
上
述两方种的法结。合即先，线离行进必的计算存入内存要，行运再时行进为
较单的简在线算。这样计，既可保以快速证性又，会不占用量的内大存
。
自采然样计法算量，大一般用采表法。当调制频查率和
调制度化变围较大范
a，ω和 分r级较时细需，要内的存容量大较
。
则采规法样常通事先存正弦函数入表不同和波频率载时的 T/2，运行c根时
所要求据 的CTa和、 ωr等行进乘和加法法运算即可求出开器关件的通断刻时这。
种方法的
a和ω r 可都是连以变续的化。
低次
谐消去法计算波杂，复也能用查表法。当想只消去要的谐种波较多类，时
要控制
α的角个数要增就，加需存要的入据也数繁多。就因，此以在可输出率
较频低采用时规则样法采，而在出输频较高，率周半内脉期数冲小时，较用低采次
波消谐去。法
除
上述用微机成 生PSWM形外，专门波来用产 生SPWM波的大形模规成
集电路芯
也片到了较多的应用得较早推出的。类这专芯用是片 EH47F25这种芯
。片可以输三出对互补 的PSM信W号用驱动三相桥式逆来变电路从而，现实流交
机的变电频调。速芯片的输信入全号数为量字适合于微机控制，。 SE4L205另
一是专用种SP MW芯，片开其频率关和出输率分频可达别 20Hkz 2.和kH6z，三有
个出通道输提供三相逆桥变个六2 mA0流的电驱动信，号可以用驱来动 IBG逆
变电路。采T专用用片芯以可化简件硬路和电软设计件降低成，本提高，可性。 靠
4.
5
P
WM逆型器变主电的
路.54.PW1型M变逆的器主电形式路
从电路式形上，PWM型看变器的逆电路主式如形 4.5图-1所。示它其实和
负
E载
T2 T4
13TTu L
无源逆变电路一样的是，不所同仅仅是控的方式。 制PW型M逆电变也路单相
和有相之分三。相电路单主中有单相半要桥、桥全和带心抽头中压变器的 WP型M
逆
变电路其。，中桥电全路用最应。多半电桥路要用于功率很小的主场合带。中
心头抽变器压它，用两个只功率开关件器而，其流电通道有只一个开器关，件管
压
降。低此，可用因以于电为直池流电且源直电压流较的低合。三相电场中路应
最用广的三相桥是式 WMP逆变型路。
电
所用从的率开关器功来件，电力晶体看、 G管O、T率 功OSMFE、TGBT等
I自关
断件都器以可为 PW作M型逆变电的开路关件。器根逆变据的器量和容作
工频率不同可的各以选自择身所需要的自开关件。器外另，逆变器在容很量大场
的
，合可以选用快也速晶管闸为作 WPM变电路的逆关开器件，当这时候然，要
需
为快晶闸管速的关断设专置门的容电换相电，其工路作频也较低率
。
P在MW逆型电变路中电，压型用应多最，里对电这型流 逆PMW变电路逆
及控制其式方作简单介也绍。
4.图-25出了给采 GT用作O功为开关率器件的流电 型WP逆变电M路负载，
为三
异相步电机动。图的 GTO用的中反向是电导型器，件此因，每个 G给T串
O
了二极管以承联
受反电向压。变逆路输电端的电容 出C是为收 G吸T关O断产时
的过生电压而设置，它的可以对输出也P M电流波形起滤W波作用。 4.图5-2还
画了从出交变流到直流换的流整分部，整电流采用路晶管闸而不二是极，这样管
在负电动载机要制需时，可以动使整部流工作在有源逆分状态，把变电机动的
机械能馈反给交电网，从流实现而速制动快整。流分和逆变部分合部来起就成构 了
WPM变频型路。因为电直侧流串联电感 L大，d变逆电为电路流型
整逆流
变~
图 4. 5-2
C
L d
~
M
3
T1V
T V1T 3V T5V
V4 TTV 6V2T
图 4.5-3是 12 0导电的°电型逆变流路的输出电流电波形。每一个时刻，在
共
阳组和共阴极组极有各一个G TO电。导如不果考同虑一上下两相直臂的情
况通那，在么行进宽调脉时，在使一制断相流间必期把须流向其他相电转移。例，
在如 对相U的正 向12°0矩波形电 i流U行脉宽调制时进，须必其 把102矩形
°
的波一部分在 V相或W 相的向正流电围内转范 向iV或 iW。行进脉调制后宽每，
相
能可现正向出电的流围范为 810，因°此图从 .543中可-以出，看 Ui电正流 201°矩波形间 60°的范围中内能不行脉宽进制调能，行进宽脉制调仅的两为边
各i
U
ωt
120
°
06°
0
1° 8
u
0
0
iV
0
8 1°
ω t
Ui
i
W80°1 tω
0
ur u C
ω
t
B
л 3 3
2 л
л
tω
图
.5-3 图4.5-4 4
际实行进宽调制脉，可以时用图 4采.54-调制方的。式把形波梯调制信 u号r
和三角波载
波 c进u行较比，梯对波形中 60°间的平顶部不分进调制行，只对而
两各侧06°范的围进调行制当。u r≥cu时使，桥臂 上GT导通O输，出正流，电
当ru
个
个一是ur 和c的振u之比幅即，图的中B/A， 一另个逆是变器半周期内脉冲数的。
4.5
2P.W型逆变电路的M多化
重
一般逆变和电路一样，对于量容较的 大WM逆变P，器可也以采用多重化即
来减少低次使波，谐因，此在构 成WPM多化重逆变路时电一，般不以再减低少
次谐波为
的，而是目了提为高效等开频率关，少较开损关耗，少和载波减频率
有的谐关频率波关有谐的波量分。
E
d
2
U
1
N
V
1
W1
E
d
2
u
U
U
uV
V
W
Wu
U
2
2V
W
2
PWM逆变路多重化电联的结式有变方器压式和电方器方抗式图， .5-45
利是电抗用联结的二器重话 WMP逆电路的例子。图中，变个单元逆两变电的路载
信号相互波开 18错°0输。出端相于直流对源电点 N中′电压 的Uuˊ=Nu(1NUˊ+u2NU
/) 2已变为单,极波性了。出输电压波线形共有0、(±1 2/)d、E±E d五电个，平
(每ˊ 次电压变)时化的阶为 E台
d/。2而多重化非的时输出线电压只有 0±、 dE个三
电平
每，电压次化变的时台阶 Ed。因此，多重为后化对负载冲击的减了。
对小于多重化电路合成中形用的电抗器波说，来加电压所的频率高，则越所
需要电的抗电器量感就越。小一般重多化路电电抗中所加器电压的频为率输频
出
率，以需所要电抗器较的大而。上述二在重 PW化型M变电路逆中，抗电上所
器
加电压频的为载波率比。出频输率得多高，此因要很小的只电抗器可以了。
就
重二化后在输出，压所电含的 ωnckωc+的波谐中 n=1和， n=3的谐时波全
被除去，部低次最谐为波 ω2附近c谐的波相当于，电的路效载等频率提波高了
一倍
。
4.
P6W型逆变M电控路制法方改的进
面所介前的 绍WM控制方P法要是正主弦调信制号和三角波载波波笔较
的方相法 。WP控制M理原和谐分波可析，当载知波足够比时高用这，种方法得所
到的输波形中不含出次谐波低，只含和波载率频有关的波谐输出波形中所。含
波的谐少多衡量是 PM控制W方法优的劣重要标，但志不唯是的标一志。提高逆变
电路的
直电流利用率压减、开少次关数等也很重要的。是流电直压用率是利逆
变电
所路输出能的流交压电基波大最值幅 Um1和直侧流压电Ud 之，提高直流比
电利用率可压以高提逆器变的出输力能减。功少率器件的关次数可以开降低关开
损。耗此外不，同负的性质载和不的同用场应对逆变合电路会都有同不的求要。
因此
从提高 ，PMW逆变电路型合性综或某能一别特关的性能心发，可以出出
提多
改种方进法 。
4
..61
形梯和波角波相三比的较方
法
于正弦对波调制的相 PWM逆变电三来说，在路制调度 为最大a 1时，值 输
u
u0NU
0
ω
t
ωt
c
uruu rUV rWu
t
ωω
t
VNu
0
uVU
0
出
线压基波电大幅最为值 U/2d根的 号3，倍，直流即压电用利率为仅 .068。这6
个流直电利用压率是比较低，其原的因是弦正波制信的幅值不调能超过角三波
幅
。值际实电路工作，考时虑到率器功件的开通和断都关需要时，间如采取其他不
措
施调制， 度a不能达到 可1，此因用采种这正波弦和角波三较的比制调方时法，
实际能
到的直得电压利用流比率 .0668还要。
低
不
正用弦，而采波用形波梯为调作信号，制以有可地效提直流电高利用压，
率
为因当梯，形幅值和波三角波值相等幅，其所时的含波基分量幅已经值超了三过
角幅波值。这时决，定率功关开件通断器的方和法正用波弦作调制为号波信完
时
全相。图同4.6 -给出1这种了方法的理原输及电压波形出这。对里梯形波的状
形三用角率化 σ=tU/Uo来描t述其中，Ut为半周
期内梯形波的高 Uto为把梯，的形
两
延腰长所得后到三角形的高的。 σ=0梯形波变为矩时波形σ，=1 梯时波变
形
为角波三。角三化率不σ同时输出，波形中相对的波含谐量和调制度δα=1时
直流电的利压率用 Um1/Ud也不同。 图46.-2出给δ和 U1/md随U变化的况情，
图
46.-给出了3σ化时变各谐次波量分值幅 Un和基波m量分值 U1m的幅。比
从图可中以出看σ， 0=.8左时右谐含量波少最但直流，电压用利率也低较。σ
=0当.
4，谐波含量时也较少，约δ为3. 6%而,直电压利流率用 为103，即为.弦正
调波制的时 11.9，其综倍效果合比较是的好。 图46-.即为σ 1=0.时的波形4。
.1 2
0.2
1
.0
ω 5r
Um n
Um
1
7ω
r
.
0
8
1 1ω
r
0
.6
0.
1
.
0
4
0
.2
δ
m1U U
d
ω 3r 1
0 .
02 0 . 40 6 ..081 0. 0 .0 2 40. 0 6 .0 .81 . 0
σ σ
图
4 6. -2图 4 .6 3-
从图 4.6
3-中以可看，出同形波梯制时调，输波形中出有含5 、7次等低次
次
波谐，这因为是梯形波本身含低有次波谐缘故。的可以也考虑在调制度σ低
较时正用波作为调弦制号信当用正弦波调，制能不足满出电输压的要求，改时用梯
形
波调制，这样可以使输出既压电低时较含不低次波，又谐以提可直流高压利
用率。电
.462.电线控压方式制
前面
所介的绍种 P各MW控制式方于用三逆变电路相时都是对三相，出相
电压输别进分行控的制。里这所说的相电是压逆指变路电各出端输对于直相电流源
相联结
因，对负载此提供的所压是电电线。在逆变电路输压出的三线个电中压，
独立的
有两个只。适当地利用多余一的自由个，可以度到性得能更的好PW 控M
制方
。
式
线电压控
制方式着眼点，在的通过于P WM控制逆变电路输使的线出压电
波形
中含不低次波谐，时同尽，能可高直提电压流利用，率使变电逆能路输更出
的交流电高压另。，外也尽应减量少率功器件开关次数的线。电控制压方式的直
接
控制手段是仍相对电进压控制，行但控制其目标却是线压电相对。于电线压制控
式方其控制，目为相电标的控压方式称制为电相压控制方式
。
如果相电压在正弦调制信号中波叠加当大小的 适次3谐，使波之为成鞍形
，波则经 过WP调制后M逆变，电输路的相电出中也必然压含 包3谐次。但波
合成在电线时压，相各压电中的3次 谐互波相消抵线，压电正为弦。波如图4 6.-4
示，所调在制号信中，波 ur1基峰正附值近为 恰次3波谐u r的负半3波两，者相互
抵。消这样，制信号调 ru
ur=1+ru3就中包含幅值可大的更波基量分ur1 而，使合
成后的信号
u的r大值最超不三过波角载波最的大。可以看出，值这种方法的原
理
在交和交-变频路
电的调信制中号叠加 次3波的谐方是法同相。的
u
u
r1
0
u
0
c
u 4图 .6 4
-
ωttω
u r
1u
3r
ru
可除以正弦在制信号中叠调加3次谐 波外还可，叠以其他加3 频于倍正波
弦号的其信波他形，可也以叠加再直流分，量这叠加些信的号都不会响线电压影 。
.
五结论
电．电力技术子 1从596年闸管问晶，世电力电子学生，诞今已至经近 5过
0年
的发历展，程前目已基形本比成完较的理整和论系体并，为因门独立成的学科。
尤是在最近其 0年，电1力电学获子得突了飞进猛的发展被，为人视社会类第的
次二子革命。正电 如BK.B.so教授所认为的e：“电电子技力在世界术范的工围业
文明发展
所起中关的作键用仅于计算机次。 2从世纪1开将对工始自动化业、交
展
未望来，在来将工高度自业化的情况下动，算机技计、电术力电技术及子动
自控技制术，将成为种三重要的最技术而其。，中正波逆变弦器术技势毕将成为
，电力
子电技术最中要的重组部分成。
参
文考 献
1.一张江
,
湘宁肖著编现代.力电子技术电理原应用与科.出学版
2社.道丁主宏.编电电力技术子航.空业工出版 社
3贾正春.
,
马远主志编电.电力学子.国中力电版社
出4.
张平等编著卫.绿电源 色
—现代
能电变换术技应用及科学出.社版
5王兆安.杨,,刘君进编军.谐著波制和无功功率抑补偿机.工业出版社
械6
曲永.主编.电力印子变电技流术.金工业冶版出
社7
.杨琦晶编主电力电子器件.原理与计设国防工业出.社版
8.
黄俊王兆,编安电.力子电流变技术.械机业出版社
工
.李9葆序,永赵编著健电力电子.件及器其用.机应工业械出版
社1.李爱文,0承慧张著编现代逆变.术及技其应用科.学出社版
1
1赵.可斌陈国雄编,.力电子电变技流术上海交通大.学出版
社