什么是脈寬調制型逆變器？它有哪些控制方式？

一、引言

隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，逆變器作為一種重要的電力變換設備，在各個領域得到了廣泛的應用。脈寬調制型逆變器（PWM Inverter）作為逆變器的一種重要類型，以其獨特的優(yōu)勢在電力變換領域發(fā)揮著重要的作用。本文將對脈寬調制型逆變器的原理、分類以及控制方式進行詳細的介紹，以期為相關領域的研究和實踐提供參考。

二、脈寬調制型逆變器概述

脈寬調制型逆變器（PWM Inverter）是一種利用半導體器件的導通和關斷，將直流電壓轉換成一定形狀的電壓脈沖列，實現(xiàn)變頻、變壓及控制和消除諧波的電力變換設備。它采用多個脈沖寬度可調的方波，取代普通逆變器輸出電壓、電流的120°或180°，從而達到降低高次諧波成份、減少轉矩脈動、拓寬調速范圍的目的。脈寬調制型逆變器主回路簡單，調節(jié)速度快，系統(tǒng)的動態(tài)性能好，而且電源側輸入功率因數(shù)高，又可以將多個逆變橋接在同一個公共直流母線上，便于實現(xiàn)多臺電動機調速拖動。

三、脈寬調制型逆變器的原理

脈寬調制型逆變器主要由控制器和功率電路兩部分組成?？刂破鞑捎孟冗M的數(shù)字信號處理器技術，對輸入的直流電源進行逆變的輸出波形進行調制，以實現(xiàn)直流電能的轉換。在脈寬調制型逆變器中，控制器通過對半導體器件的通斷控制，產生一系列寬度可調的脈沖序列。這些脈沖序列的占空比（即高電平時間占整個周期的比例）決定了輸出電壓或電流的大小。同時，通過調整脈沖序列的頻率，可以實現(xiàn)對輸出電壓或電流的頻率控制。

四、脈寬調制型逆變器的類型

脈寬調制型逆變器根據(jù)不同的分類標準可以分為多種類型。以下是一些常見的分類方式：

按輸出電壓調節(jié)方式分類：PAM脈沖幅值調制方式和PWM脈沖寬度調制方式。PAM方式通過改變直流電壓的幅值進行交流電壓大小的調節(jié)，而PWM方式則通過調節(jié)脈沖寬度來改變輸出交流電壓有效值，進而實現(xiàn)輸出電壓的調節(jié)。

按直流電源的性質分類：電壓源型和電流源型。電壓源型逆變器中間直流環(huán)節(jié)并聯(lián)大電容以緩沖無功功率，而電流源型逆變器則通過串聯(lián)電感來穩(wěn)定直流電流。

五、脈寬調制型逆變器的控制方式

脈寬調制型逆變器的控制方式多種多樣，以下是一些常見的控制方式：

正弦波脈寬調制（SPWM）方式：SPWM調制方式的特點是半個周期內脈沖中心線等距，脈沖等幅、調寬，各脈沖面積之和與正弦波下的面積成比例。因此，其調制波形更接近于正弦波，諧波分量大大減小。在實際應用中，對于三相逆變器，通常是由一個三相正弦波發(fā)生器產生三相參考信號，與一個公用的三角波載波信號相比較，而產生三相脈沖調制波。

空間矢量脈寬調制（SVPWM）方式：SVPWM方式是一種基于空間矢量的脈寬調制方式，它通過控制逆變器的開關狀態(tài)，使得輸出電壓矢量在空間內按照預定的軌跡旋轉，從而得到期望的電壓輸出。SVPWM方式具有直流電壓利用率高、輸出諧波小等優(yōu)點。

隨機脈寬調制（RPWM）方式：RPWM方式是一種新型的脈寬調制方式，它通過將傳統(tǒng)PWM信號中的固定載波信號替換為隨機載波信號，從而減小了輸出電壓中的諧波含量。RPWM方式在減小諧波含量的同時，還能降低逆變器的電磁干擾（EMI）和音頻噪聲。

電流跟蹤控制PWM方式：電流跟蹤控制PWM方式是一種基于電流反饋的脈寬調制方式，它通過實時監(jiān)測負載電流并調整PWM信號的占空比，使得逆變器輸出的電流能夠快速跟隨參考電流變化。這種方式可以實現(xiàn)高精度的電流控制，并適用于對電流要求較高的場合。

六、脈寬調制型逆變器的應用

脈寬調制型逆變器由于其高效、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點，在各個領域得到了廣泛的應用。例如，在電力變換系統(tǒng)中，脈寬調制型逆變器可以用于實現(xiàn)直流電源與交流電源之間的轉換；在電機控制系統(tǒng)中，脈寬調制型逆變器可以用于控制電機的轉速和方向；在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，脈寬調制型逆變器可以用于將新能源產生的直流電能轉換為交流電能并入電網(wǎng)等。

七、結論

綜上所述，脈寬調制型逆變器作為一種重要的電力變換設備，在各個領域都有著廣泛的應用。通過對脈寬調制型逆變器的原理、分類以及控制方式的詳細介紹，我們可以更好地理解其工作原理和性能特點，為相關領域的研究和實踐提供有力的支持。隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，脈寬調制型逆變器將在更多領域發(fā)揮重要作用。