电力电子技术教学课件作者高锋阳第4章节逆变电路1课件幻灯片
92页1、第4章 逆变电路,熟悉逆变电路的电路结构、分类及主要性能指标 掌握基本方波逆变电路及其特点 了解多重化逆变电路和多电平逆变电路 掌握逆变电路的脉冲宽度调制(PWM)控制技术 熟悉PWM整流电路,学习指导,第4章 逆变电路,4.1 逆变电路综述 4.2 方波逆变电路 4.3 多重逆变电路和多电平逆变电路 4.4 逆变电路的脉宽调制控制技术PWM控制技术 4.5 PWM跟踪控制技术 4.6 空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术 4.7 PWM整流电路,4.1逆变电路综述,4.1.1逆变电路概念 4.1.2逆变原理 4.1.3晶闸管电路换流方式 4.1.4逆变电路分类 4.1.5逆变器性能指标,4.1.1逆变电路概念,把直流电能转换成负载所需要的固定频率和电压或可调频率和可调电压的变流方式称为逆变。 逆变电路是一种既能调压又能变频且应用十分广泛的变换电路。逆变电路既可以作为一个独立的装置使用,也可以作为一个复杂的变流装置的一部分应用于所需要的场合。 逆变电路由逆变主电路及相应控制电路所组成。实际应用中,习惯上把逆变主电路称为逆变电路,它由电力电子开关器件及其辅助电器元件(L、C)所组成,
2、逆变电路的输入(直流侧)是直流电,输出(交流侧)是交流电。,4.1.1逆变电路概念,有源逆变是把交流侧接到交流电源上,即把直流电逆变成同频率的交流电送到电网上 把逆变电路的交流侧直接和负载(电机、电炉或其它用电器)相连,即把直流电逆变成某一频率的交流电供给负载,则称为无源逆变。在不加说明时,逆变电路多指无源逆变电路。,4.1.2逆变原理,以图4-1a的单相桥式逆变电路为例说明逆变原理。S1S4是桥式电路的4个臂,由电力电子器件及辅助电路组成。S1、S4闭合,S2、S3断开时,负载电压uo为正;S1、S4断开,S2、S3闭合时,负载电压uo为负,其波形如图4-1(b)所示。这样,就把直流电变成了交流电,改变两组开关的切换频率,即可改变输出交流电的频率。这就是逆变电路最基本的工作原理。,图4- 1逆变电路及其波形举例,4.1.2逆变原理,电阻负载时,负载电流io和uo波形相同。阻感负载时,io的基波相位滞后于uo的基波,两者波形也不同。,图4- 1逆变电路及其波形举例,图4-1(b)给出的就是阻感负载时io的波形。 t1时刻以前S1、S4导通,uo和io均为正。 在t2时刻断开S1、S4,
3、同时合上S2、S3,则uo的极性立刻变为负,但是因为负载中有电感,其电流方向不能立刻改变为维持原方向。这时负载电流从直流电源负极流出,经S2、负载和S3流回正极,负载电感中储存的能量向直流电源反馈,负载电流逐渐减小,到t2时刻降为零,之后io才反向并逐渐增大。S2、S3断开,S1、S4闭合时的情况类似。,4.1.2逆变原理,若为阻感性负载,换流时必须为电感电流提供续流路径;逆变电路输出电压的极性只取决于主电路开关的状态,而与负载电流的性质无关,根据开关的状态就可以直接确定电压型逆变电路的输出电压波形。如果S1S4由实际的电力电子开关器件所组成,且辅助元件(R、L、C)也是非理想的,则逆变过程要复杂得多。,图4- 1逆变电路及其波形举例,4.1.2逆变原理,逆变电路换流过程中,有的支路要从通态转移到断态,有的支路要从断态转移到通态。 从断态向通态转移时,无论支路是由全控型还是半控型电力电子器件组成,只要给门极适当的驱动信号,就可以使其开通。 但从通态向断态转移的情况就不同。全控型器件可以通过对门极的控制使其关断,而对于半控型器件的晶闸管来说,就不能通过对门极的控制使其关断,必须利用外部条
4、件或采取措施才能使其关断,所以关断晶闸管需要设置强迫换流电路。这种情况增加了逆变电路的复杂,降低了可靠性,也限制了开关频率。 如今,绝大多数逆变电路都采用全控型电力半导体开关器件。中、大功率逆变电路多用IGBT、IGCT,小功率逆变电路多用功率MOSFET。,4.1.3晶闸管电路换流方式,电网换流 由电网提供换流电压称为电网换流(Line Commutation)。对于可控整流电路,无论其工作在整流状态还是有源逆变状态,都是借助与电网电压实现换流的,都属于电网换流。 负载换流 由负载提供换流电压称为负载换流(Load Commutation)。凡是负载电流的相位超前于负载电压的场合,都可以实现负载换流。当负载为电容性负载时,即可实现负载换流。另外,当负载为同步电机时,由于可以控制励磁电流使负载呈现为容性,因而也可以实现负载换流。 强迫换流 强迫换流需要设置附加的换流电路,给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的方式称为强迫换流(Forced Commutation)。强迫换流可使输出频率不受电源频率的限制,但需附加换流电路,同时还要增加晶闸管的电压、电流定额,对晶闸管的动态特性要求
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