PWM逆变器概述

PWM逆变器技术是电力电子技术中的一个重要组成部分，其作用是通过半导体功率开关器件的开通和关断作用，把直流电能变换为交流电能。一般认为逆变技术的发展可以分为如下两个阶段：

（1）1956-1980年为传统发展阶段。这个阶段的特点是开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现。

（2）1980年以后为高频化新技术阶段。这个阶段的特点是开关器件以高速器件为主，体积重量较小，逆变效率高，正弦波逆变技术口趋完善。

早期的逆变器输出电压波形为脉宽180°的方波，其含有奇次谐波分量，会给负载带来许多不良的后果。通过控制逆变器输出量的方法可以使逆变器输出波形趋近正弦化。一个方法是采用阶梯波来逼近正弦波的脉冲幅度调制法(PAM  Pulse AmplitudeModulation)，另一个是采用等幅脉冲列来逼近正弦波的脉冲宽度调制法(PWM  PulseWidth Modulation)。PAM调制技术的基本思想是把两个及以上的方波按一定的相位差叠加起来，使它们的低次谐波相位相差180°而相互抵消，以得到谐波含量较少的多电平准正弦阶梯波。这种多电平逆变器功率器件承受的电压比常规逆变器减少，在高压大功率领域迅速推广。PWM脉宽调制就是将某种参考波形的调制波调制于N倍于调制波频率的三角载波的过程，由于三角波的上下宽度是线性变化的，因此它与调制波相交时就可以得到一组幅值相等而宽度正比于调制波的矩形脉冲序列。如果调制波的波形为正弦波，则这种调制技术就称为正弦脉宽调制(SPWM Sinusoidal PWM)。

SPWM调制技术理论依据是平均值等效原理，由于惯性对象的脉冲响应存在“冲量等效”现象，对于形状不同但冲量(幅值对时间的积分，即波形的“面积”)相等的窄脉冲激励信号施加于具有惯性的对象如低通滤波器时，它们所获得的响应基本相同。因此，可将期望输出的正弦电压波形假想成由一组等宽不等幅的片段组合而成，然后用一组冲量对应相等的等幅不等宽的脉冲将它们依次替代。通过傅立叶分析可看出SPWM脉冲电压具有与理想正弦电压相一致的基波分量，而其最低次谐波的频率可以提高到SPWM调制的开关频率附近。因此，开关频率足够高时，利用较小的滤波器就可将其中的谐波滤除，如果同比地改变PWM脉冲宽度，就可以平滑地调节输出电压的基波幅值。

如果用上述的SPWM驱动脉冲控制功率半导体开关器件组成的单相桥式电路，则就构成了所谓的单相SPWM逆变器，该逆变器输出端口输出到负载的波形与SPWM驱动波形相一致，因此单相逆变器输出波形正弦度很高。如果用SPWM驱动脉冲控制功率半导体开关器件组成的三个半桥电路，则就构成了三相SPWM逆变器，三相SPWM逆变器每桥臂相对直流电源的中点的输出电压波形仍然是SPWM波。但是若三相SPWM逆变器的三相负载是星形连接的话，则由于三相负载的公共点与直流电源的中点电压不是零电压，而是频率等于逆变器输出电压基波频率3倍的谐波电压，因此三相负载的相电压并不是准确的SPWM波形，而是叠加了零序分量的波形，但三相负载的线电压依然是准确的SPWM波。由于上述原因，三相SPWM逆变器输出相电压波形质量和幅值都有所降低。将源于交流电机变频传动控制的电压空间矢量PWM ( VSPWM-VoltageSpace Vectors PWM)控制技术用于电压型三相逆变器，形成了SVPWM逆变器控制技术。该控制方法使得逆变器输出相电压合成空间矢量旋转轨迹更加平滑连续，减少了输出电压的谐波，在过调制使直流电压利用率最大值达到普通SPWM三相逆变器的1.155倍时仍能保证合成空间矢量旋转轨迹的平整。SVPWM调制方式实际上相当于是给调制波注入了零序分量并优化了开关方式的SPWM调制。

SPWM逆变器的特点是通用性强，控制和调节性能好，具有消除谐波、调节和稳定输出电压的多重作用，在波形质量上相对方波型及PAM型逆变器都有了很大的改善，它的出现为中小型逆变器的发展起到了重要推动作用。