什么是脉宽调制型逆变器？它有哪些控制方式？

一、引言

随着电力电子技术的不断发展，逆变器作为一种重要的电力变换设备，在各个领域得到了广泛的应用。脉宽调制型逆变器（PWM Inverter）作为逆变器的一种重要类型，以其独特的优势在电力变换领域发挥着重要的作用。本文将对脉宽调制型逆变器的原理、分类以及控制方式进行详细的介绍，以期为相关领域的研究和实践提供参考。

二、脉宽调制型逆变器概述

脉宽调制型逆变器（PWM Inverter）是一种利用半导体器件的导通和关断，将直流电压转换成一定形状的电压脉冲列，实现变频、变压及控制和消除谐波的电力变换设备。它采用多个脉冲宽度可调的方波，取代普通逆变器输出电压、电流的120°或180°，从而达到降低高次谐波成份、减少转矩脉动、拓宽调速范围的目的。脉宽调制型逆变器主回路简单，调节速度快，系统的动态性能好，而且电源侧输入功率因数高，又可以将多个逆变桥接在同一个公共直流母线上，便于实现多台电动机调速拖动。

三、脉宽调制型逆变器的原理

脉宽调制型逆变器主要由控制器和功率电路两部分组成。控制器采用先进的数字信号处理器技术，对输入的直流电源进行逆变的输出波形进行调制，以实现直流电能的转换。在脉宽调制型逆变器中，控制器通过对半导体器件的通断控制，产生一系列宽度可调的脉冲序列。这些脉冲序列的占空比（即高电平时间占整个周期的比例）决定了输出电压或电流的大小。同时，通过调整脉冲序列的频率，可以实现对输出电压或电流的频率控制。

四、脉宽调制型逆变器的类型

脉宽调制型逆变器根据不同的分类标准可以分为多种类型。以下是一些常见的分类方式：

按输出电压调节方式分类：PAM脉冲幅值调制方式和PWM脉冲宽度调制方式。PAM方式通过改变直流电压的幅值进行交流电压大小的调节，而PWM方式则通过调节脉冲宽度来改变输出交流电压有效值，进而实现输出电压的调节。

按直流电源的性质分类：电压源型和电流源型。电压源型逆变器中间直流环节并联大电容以缓冲无功功率，而电流源型逆变器则通过串联电感来稳定直流电流。

五、脉宽调制型逆变器的控制方式

脉宽调制型逆变器的控制方式多种多样，以下是一些常见的控制方式：

正弦波脉宽调制（SPWM）方式：SPWM调制方式的特点是半个周期内脉冲中心线等距，脉冲等幅、调宽，各脉冲面积之和与正弦波下的面积成比例。因此，其调制波形更接近于正弦波，谐波分量大大减小。在实际应用中，对于三相逆变器，通常是由一个三相正弦波发生器产生三相参考信号，与一个公用的三角波载波信号相比较，而产生三相脉冲调制波。

空间矢量脉宽调制（SVPWM）方式：SVPWM方式是一种基于空间矢量的脉宽调制方式，它通过控制逆变器的开关状态，使得输出电压矢量在空间内按照预定的轨迹旋转，从而得到期望的电压输出。SVPWM方式具有直流电压利用率高、输出谐波小等优点。

随机脉宽调制（RPWM）方式：RPWM方式是一种新型的脉宽调制方式，它通过将传统PWM信号中的固定载波信号替换为随机载波信号，从而减小了输出电压中的谐波含量。RPWM方式在减小谐波含量的同时，还能降低逆变器的电磁干扰（EMI）和音频噪声。

电流跟踪控制PWM方式：电流跟踪控制PWM方式是一种基于电流反馈的脉宽调制方式，它通过实时监测负载电流并调整PWM信号的占空比，使得逆变器输出的电流能够快速跟随参考电流变化。这种方式可以实现高精度的电流控制，并适用于对电流要求较高的场合。

六、脉宽调制型逆变器的应用

脉宽调制型逆变器由于其高效、稳定、可靠等优点，在各个领域得到了广泛的应用。例如，在电力变换系统中，脉宽调制型逆变器可以用于实现直流电源与交流电源之间的转换；在电机控制系统中，脉宽调制型逆变器可以用于控制电机的转速和方向；在新能源发电系统中，脉宽调制型逆变器可以用于将新能源产生的直流电能转换为交流电能并入电网等。

七、结论

综上所述，脉宽调制型逆变器作为一种重要的电力变换设备，在各个领域都有着广泛的应用。通过对脉宽调制型逆变器的原理、分类以及控制方式的详细介绍，我们可以更好地理解其工作原理和性能特点，为相关领域的研究和实践提供有力的支持。随着电力电子技术的不断发展，脉宽调制型逆变器将在更多领域发挥重要作用。