什么是脈寬調(diào)制型逆變器？它有哪些控制方式？

一、引言

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，逆變器作為一種重要的電力變換設(shè)備，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。脈寬調(diào)制型逆變器（PWM Inverter）作為逆變器的一種重要類型，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在電力變換領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。本文將對(duì)脈寬調(diào)制型逆變器的原理、分類以及控制方式進(jìn)行詳細(xì)的介紹，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供參考。

二、脈寬調(diào)制型逆變器概述

脈寬調(diào)制型逆變器（PWM Inverter）是一種利用半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定形狀的電壓脈沖列，實(shí)現(xiàn)變頻、變壓及控制和消除諧波的電力變換設(shè)備。它采用多個(gè)脈沖寬度可調(diào)的方波，取代普通逆變器輸出電壓、電流的120°或180°，從而達(dá)到降低高次諧波成份、減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、拓寬調(diào)速范圍的目的。脈寬調(diào)制型逆變器主回路簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)速度快，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好，而且電源側(cè)輸入功率因數(shù)高，又可以將多個(gè)逆變橋接在同一個(gè)公共直流母線上，便于實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)調(diào)速拖動(dòng)。

三、脈寬調(diào)制型逆變器的原理

脈寬調(diào)制型逆變器主要由控制器和功率電路兩部分組成。控制器采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)，對(duì)輸入的直流電源進(jìn)行逆變的輸出波形進(jìn)行調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)直流電能的轉(zhuǎn)換。在脈寬調(diào)制型逆變器中，控制器通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體器件的通斷控制，產(chǎn)生一系列寬度可調(diào)的脈沖序列。這些脈沖序列的占空比（即高電平時(shí)間占整個(gè)周期的比例）決定了輸出電壓或電流的大小。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整脈沖序列的頻率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓或電流的頻率控制。

四、脈寬調(diào)制型逆變器的類型

脈寬調(diào)制型逆變器根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為多種類型。以下是一些常見(jiàn)的分類方式：

按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類：PAM脈沖幅值調(diào)制方式和PWM脈沖寬度調(diào)制方式。PAM方式通過(guò)改變直流電壓的幅值進(jìn)行交流電壓大小的調(diào)節(jié)，而PWM方式則通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)改變輸出交流電壓有效值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。

按直流電源的性質(zhì)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(wú)功功率，而電流源型逆變器則通過(guò)串聯(lián)電感來(lái)穩(wěn)定直流電流。

五、脈寬調(diào)制型逆變器的控制方式

脈寬調(diào)制型逆變器的控制方式多種多樣，以下是一些常見(jiàn)的控制方式：

正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方式：SPWM調(diào)制方式的特點(diǎn)是半個(gè)周期內(nèi)脈沖中心線等距，脈沖等幅、調(diào)寬，各脈沖面積之和與正弦波下的面積成比例。因此，其調(diào)制波形更接近于正弦波，諧波分量大大減小。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于三相逆變器，通常是由一個(gè)三相正弦波發(fā)生器產(chǎn)生三相參考信號(hào)，與一個(gè)公用的三角波載波信號(hào)相比較，而產(chǎn)生三相脈沖調(diào)制波。

空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）方式：SVPWM方式是一種基于空間矢量的脈寬調(diào)制方式，它通過(guò)控制逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使得輸出電壓矢量在空間內(nèi)按照預(yù)定的軌跡旋轉(zhuǎn)，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(diǎn)。

隨機(jī)脈寬調(diào)制（RPWM）方式：RPWM方式是一種新型的脈寬調(diào)制方式，它通過(guò)將傳統(tǒng)PWM信號(hào)中的固定載波信號(hào)替換為隨機(jī)載波信號(hào)，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(shí)，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(diào)制方式，它通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載電流并調(diào)整PWM信號(hào)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(shí)現(xiàn)高精度的電流控制，并適用于對(duì)電流要求較高的場(chǎng)合。

六、脈寬調(diào)制型逆變器的應(yīng)用

脈寬調(diào)制型逆變器由于其高效、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如，在電力變換系統(tǒng)中，脈寬調(diào)制型逆變器可以用于實(shí)現(xiàn)直流電源與交流電源之間的轉(zhuǎn)換；在電機(jī)控制系統(tǒng)中，脈寬調(diào)制型逆變器可以用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向；在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，脈寬調(diào)制型逆變器可以用于將新能源產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能并入電網(wǎng)等。

七、結(jié)論

綜上所述，脈寬調(diào)制型逆變器作為一種重要的電力變換設(shè)備，在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)脈寬調(diào)制型逆變器的原理、分類以及控制方式的詳細(xì)介紹，我們可以更好地理解其工作原理和性能特點(diǎn)，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供有力的支持。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，脈寬調(diào)制型逆變器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。