PWM逆變器（qì）概（gài）述

PWM逆（nì）變器技術是電力電子技術中的一個重要組成部分，其作用是通過半導體（tǐ）功率開關器件的開（kāi）通和關（guān）斷作用，把直（zhí）流電能變換為交（jiāo）流電能。一般認為逆變技術的發展可（kě）以分為如下兩個階段（duàn）：

（1）1956-1980年為傳統發展階段。這個階段的特點是開關器件以（yǐ）低速器件為主（zhǔ），逆變器的開關頻率較低，波形改善以多重疊加（jiā）法為主，體積重（chóng）量較大（dà），逆變效率低，正弦波逆變器開（kāi）始出現。

（2）1980年以後（hòu）為高頻化新技術階段（duàn）。這（zhè）個階段（duàn）的特點是（shì）開關（guān）器（qì）件以高速器件為主，體（tǐ）積重量較小，逆變效率高，正（zhèng）弦波逆變技術口趨完善。

早期的逆變器輸出電壓波形為脈寬180°的方（fāng）波，其（qí）含（hán）有奇次（cì）諧波（bō）分量，會給負（fù）載帶來許多不良的後果。通過控製逆變器輸（shū）出（chū）量的（de）方法可以使逆變器輸出（chū）波形趨近正弦化。一個方法是采用階梯波來逼近正弦波（bō）的脈衝幅度調製法(PAM  Pulse AmplitudeModulation)，另一個是采用等（děng）幅脈衝列來逼近正弦波的脈衝寬（kuān）度調製法(PWM  PulseWidth Modulation)。PAM調製技術的基本思想是把兩個及以上的方波按一定的相位差疊加（jiā）起來，使它們（men）的低次諧波相位相差180°而相互抵消，以（yǐ）得到（dào）諧波含量較少的多電平準正（zhèng）弦階梯波。這種多電平逆變器功率器（qì）件承受的電壓比常（cháng）規（guī）逆（nì）變（biàn）器減少，在高（gāo）壓大功率領域迅（xùn）速推廣。PWM脈寬調製就是（shì）將某種參考波（bō）形的調製波調製於N倍於調製波頻率的三角載波的過程，由於三角波的上下寬度是線性變化（huà）的，因此它與調製波相交時就（jiù）可以得到一組幅值相等而（ér）寬度（dù）正比於調製波的矩形脈衝序列。如果調製波的波形（xíng）為正弦波，則這種調製（zhì）技術就稱（chēng）為正弦脈寬調製(SPWM Sinusoidal PWM)。

SPWM調製技術理論依據是平均值等效原理，由於慣性對象的脈衝響應存在“衝量等效”現象，對於形（xíng）狀不同但衝量(幅（fú）值對（duì）時（shí）間的積分，即波形（xíng）的“麵積”)相（xiàng）等的窄脈衝激勵信號施加於具有慣性的對象（xiàng）如低通濾波（bō）器時，它們所獲得的響應基本相同。因（yīn）此，可將期望輸出的正弦電壓波形假想成由（yóu）一組等寬不等幅的片段組合而成，然後用一組衝量對應相等的（de）等（děng）幅不等寬的脈衝將它們依次替代。通過傅立葉分析可看出SPWM脈衝電壓具有與理想正弦電壓相一致的基（jī）波分量（liàng），而其最（zuì）低次諧波的頻（pín）率可以提高到SPWM調製的開關頻率附近。因此，開（kāi）關（guān）頻率足夠高時，利用較小的（de）濾波器就可將其中的諧波濾除，如果同比地改變PWM脈（mò）衝寬度，就可以平（píng）滑地調節輸出電壓的基波幅值。

如果用上述的SPWM驅（qū）動脈衝控製功率半導體開關器件組成的單相橋式（shì）電路，則就構成了所謂的單相SPWM逆變（biàn）器（qì），該逆變（biàn）器輸（shū）出端口（kǒu）輸出到負載的波形與SPWM驅動波（bō）形相一致，因此單（dān）相（xiàng）逆變器輸出波形正弦度很高。如果用SPWM驅動脈衝控製功率半導體開關器件組成的三個半橋電路，則就構成了三相（xiàng）SPWM逆變器，三相SPWM逆變器每橋臂相對直流電源的中點的輸出電壓波形仍然是SPWM波。但是（shì）若三相SPWM逆變器的三相負載是星（xīng）形連接的話，則由（yóu）於三相負載的公共點與直流電源的中點電壓（yā）不是零電壓，而是（shì）頻率（lǜ）等於逆變器（qì）輸出電壓基波頻率3倍的諧波電（diàn）壓，因此三相負載的相電壓並不是準確的SPWM波形，而（ér）是（shì）疊加了零（líng）序分量的波形，但三相（xiàng）負載的線電壓依然是準確（què）的SPWM波。由於上述原因，三相SPWM逆變器輸（shū）出相電壓波形質量和幅值都有所（suǒ）降低。將源（yuán）於交流電機變頻傳動控製（zhì）的電壓空間（jiān）矢（shǐ）量PWM ( VSPWM-VoltageSpace Vectors PWM)控製技術（shù）用於電壓型三相逆變器，形成了（le）SVPWM逆變器控（kòng）製技術。該控製方法使（shǐ）得逆變器輸出相電壓合成空間矢量旋轉軌跡更加平滑連續，減少了（le）輸出電壓的諧波，在過調製（zhì）使直流電壓利用率最大值達到普通SPWM三相逆變器的1.155倍（bèi）時仍能保證合成空間矢量旋轉軌跡的平整。SVPWM調製方式實際上相當於是給（gěi）調製波注入了零序分量並優化了開關方式的SPWM調製。

SPWM逆變器（qì）的（de）特點是通用性強，控製和調節性能好，具有消除諧（xié）波、調（diào）節和穩定輸出電壓的多重作用，在波形質量上相對方波型及PAM型逆變器都有了很大的改善，它的出現為中小型逆變器的發展起到（dào）了重（chóng）要推動作用。