1、對于大多數應用場合需要的是工頻電源，例如我們的電冰箱，洗衣機，電風扇等都需要正弦波的 220 伏、50 赫茲電源，各種動力設備，遠距離輸電也都需要正弦波的交流電。更多的太陽能光伏發電裝置輸出的是正弦波交流電，目前生成正弦波仍采用前面介紹的全橋電路，只是對開關晶體管的控制采用 PWM 脈寬調制或移相控制或調頻控制等方式。這里僅介紹最常用的 PWM 脈寬調制方式。面積等效原理轉換把直流電轉換成正弦波交流電是根據根據面積等效原理，在圖 1 上圖中的正弦半波（紅線）分成 n 等份，把正弦半波看成是由 n 個彼此相連的矩形脈沖組成的波形，為簡單清晰，劃分為 7 等份。7 個脈沖的幅值按正弦規律變化，每個

2、脈沖面積與相對應的正弦波部分面積相同，這一連續脈沖就等效正弦波。圖 1 用面積等效原理轉換為 SPWM 波形如果把上述脈沖序列改為相同數量的等幅而不等寬的矩形脈沖（圖 1 下圖），脈沖中心位置不變，并且使該矩形脈沖面積和上圖又應的矩形脈沖相同，得到圖 1 下圖所示的脈沖序列，脈沖寬度按正弦波規律變化，這就是 PWM 波形。根據面積等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的，圖中紅線就是該序列波形的平均值。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。這種脈沖的寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的 PWM 波形，也稱 SPWM 波形。要改變等效輸出的正弦波的幅值時，只需按照同一比例系數改

3、變上述各脈沖的寬度即可。SPWM 波形的生成輸出 SPWM 波形仍需全橋逆變電路，在“光伏用 DC-DC 變換器”課件中已介紹過這種電路，通過控制開關晶體管的通與斷在負載上產生交變電壓，見圖 2。正電壓輸出新能潦課麗站負電壓海出,圖 2 全橋逆變電路的工作狀態輸出 SPWM 波形的矩形波必須生成序列的控制信號來控制橋式電路中開關晶體管的通與斷，普遍使用的是調制法來生成控制信號，可采取單極性調制也可采用雙極性調制來生成控制信號，下面介紹常用的單極性調制方式。圖 3 上部分是 SPWM 波形控制信號生成的原理圖，下部分是生成的 SPWM 波形。在調制法中，把所希望輸出的波形稱為調制波 ur,把接受

4、調制的信號稱為載波 uc,通常采用等腰三角波作為載波，正弦波作為調制信號。在兩波交點時對電路中的開關器件進行通斷控制，就可得到寬度正比于調制信號幅值的脈沖。在 ur 正半周時，T2 與 T3 保持關斷，在 ur 和 uc 的交點時刻控制開關晶體管 T1 與 T4 開通與關斷：當 uruc 時控制 T1 與 T4 導通，R 上的電壓為 Ud,當 urvuc 時控制 T1 與 T4 關斷，R 上的電壓為0。在 ur 負半周時，T1 與 T4 保持關斷，當 ucur 時控制 T3 與 T2 導通，R 上的電壓為-Ud,當 ucvur 時控制 T1 與 T4 關斷，R 上的電壓為 0。這樣在 R 上產

5、生寬度按正弦波規律變化的 SPWM 波形，見圖 2下圖，其中紅線 uof 表示輸出等效的正弦波交流電電壓。SPWM 逆變器輸出的正弦波交流電電壓 uof 的峰值 uofm 小于輸入的直流電壓 ud,把 uofm/ud 稱為直流電壓利用率，對于單相 SPWM 電路直流電壓利用率的理論值最大為 1,實際上由于種種原因，直流電壓利用率要小于 1。 對于輸出相電壓 （有效值） 為 220V 單相交流電的逆變電路輸入直流電壓要高于 310V。SPWM 逆變器輸出電壓與 ur/uc 成正比，保持載波 uc 不變，改變調制波 ur 的大小即可控制輸出交流電壓的大小。當然，調制波 ur 峰值要小于載波 uc

6、峰值。圖 3 單極性 PWM 波形生成原理過去采用模擬電路產生調制信號，精密而高速的電壓比較器對 ur 和 uc 進行比較，當兩電壓相同時及時控制開關晶體管進行通斷切換，但模擬電路結構復雜，也難以實現精確的控制。采用微處理器直接計算出控制點稱為計算法，但計算法較繁瑣，計算量大，較少使用?，F在已有專用的集成電路用來產生 SPWM 調制信號，微處理器僅對其發出輸出頻率、電壓等參數就可產生高精度控制信號，輸出完好的正弦波，微處理器就有很多時間對整個逆變器進行檢測、保護等控制。這種方式電路簡單、效果好、可靠性高，是目前廣泛使用的控制方法，有關內容請另找專業書籍或資料。下面是 SPWM 逆變器開關管通斷

7、切換與波形動畫，動畫左面是開關管通斷切換動畫，右面上部分是調制信號動畫，右面下部分是輸出電壓波形動畫。SPWM 逆變器波形動畫以上介紹的是單相的逆變過程，使用最多的是三相逆變器，三相逆變電路則需三套 SPWM調制電路，同步進行控制。圖 4 是三相逆變器的主電路圖，開關管 T1 至 T6 組成橋式逆變電路，通過三相 SPWM 調制控制，輸出三相交流電，RA、RB、RC 是三相負荷，按星形接法，中性線接點為 No 電阻 R1 與 R2 大小相同、電容 C1 與 C2 大小相同，它們在直流輸入側建uUcUr-Urf+Ud-新能源課忤網站、立中性點 N,該點電位為 Ud/2,兩個 N 點都是中性點，

8、當三相負荷 RARRRC 相同時， 兩個 N 點電位相同，兩個 N 點可以連接。實際應用中多數不連接 N 點，輸入端 R1、R2、C1、C2 只需一個濾波電容即可。有關 SPWM 調制三相逆變電路較復雜，具體內容請另找專業書籍或資料。新能卷課件網如圖 4 三相逆變電器主路對于三相 SPWM 逆變器的直流電壓利用率是輸出的正弦波線電壓（峰值）與輸入的直流電壓之比，理論值最大為 0.866,實際上由于種種原因，直流電壓利用率要小于 0.866。對于輸出線電壓（有效值）為 380V 三相交流電的逆變電路輸入直流電壓要高于 620V。從理論上講，三角波（載波）頻率越高，輸出波形越接近正弦波。實際上，開關管的通斷變化雖然很快，但仍需要一定的時間，在這個時間段里，開關管要承受高電壓，大電流的沖擊，功耗很大，高頻率切換不但加大損耗降低電源效率，還可能使管子發熱燒毀。一般逆變器的載波頻率約幾千赫茲，小功率的頻率高些，大功率逆變器的頻率低些。SPWM 波形由方波組成，含有較多諧波成分，必須采用輸出濾波器使輸出波形正弦化。圖 5是濾波器常用的 4