第二讲 三相逆变电路.ppt

第四章 逆变电路曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所第二讲三相电压型和电流型逆变电路1曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所第二讲第二讲 主要内容主要内容• • 4.4 4.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路4.4 4.4 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路4.5 4.5 多重逆变电路和多电平逆变电路多重逆变电路和多电平逆变电路2曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路■三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路 ■三相桥式逆变电路◆基本工作方式是180°导电方式◆同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相开始导电的角度 差120 °，任一瞬间有三个桥臂同时导通◆每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流图4-9 三相电压型桥式逆变电路 假想中点3曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路4曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路当G点和N点不连接时，180O导电型工作过程，负载为阻性。

6个功率 管的驱动信号如图6-20所示，其导通顺序为5、6、1；6、1、2；1、2 、3；2、3、4；3、4、5；4、5、6；5、6、1….；每组管子导通60度 6个状态的等效电路如图6-21所示5曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路全桥逆变器开关不同组合时的等效电路图6曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路可以求出6个状态时三相输出电压：7曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路•由上式画出三相输出相电压波形，如图所示，可见波形每个周期由六个阶梯组成，因此又称为六阶梯波我们称 、 、 为逆变器相电压； 、 、 为逆变器线电压8曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路120o导电型模式时，每个开关元件导通120o，S1～S6依次间隔60o导通，逆变器中任一时刻只有两管导通，工作安全可靠，不会发生同一桥臂直通现象，其导通时序按进行，其输出波形读者可以自己分析。

9曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd 2Ud 3Ud 62 Ud 3图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形 ■工作波形◆对于U相输出来说，当桥臂1导通时， uUN’=Ud/2，当桥臂4导通时，uUN’=-Ud/2， uUN’的波形是幅值为Ud/2的矩形波，V、W 两相的情况和U相类似◆负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式求出◆负载各相的相电压分别为 (4-4)(4-5)10曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd 2Ud 3Ud 62 Ud 3图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形 ◆把上面各式相加并整理可求得设负载为三相对称负载，则有 uUN+uVN+uWN=0，故可得 ◆负载参数已知时，可以由uUN的波形 求出U相电流iU的波形，图4-10g给出的是阻感负载下 时iU的波形。

◆把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得 到直流侧电流id的波形，如图4-10h所示，可以看出id每隔60°脉动一次 (4-6)(4-7)11曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路■基本的数量关系◆把输出线电压uUV展开成傅里叶级数得 式中， ，k为自然数 ◆输出线电压有效值UUV为 其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分别为 (4-8)(4-9)(4-10)(4-11)12曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电压型逆变电路◆把uUN展开成傅里叶级数得 式中， ，k为自然数◆负载相电压有效值UUN为其中基波幅值UUN1m和基波有效值UUN1分别为■为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路， 要采取“先断后通”的方法 (4-12)(4-13)(4-14)(4-15)13曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所UUV7 =2 Ud/（3.14×7× ）=22.3（V） 4.4.2 三相电压型逆变电路■例：三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud=200V。

试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、输出线电压中7次谐波的有效值UUV7解： ＝0.45×200＝90（V） ＝0.637×200＝127.4（V） ＝ 1.1×200=220（V） ＝ 0.78×200=156（V） 14曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4 电流型逆变电路Ø 直流电源为电流源的逆变电 路——电流型逆变电路Ø 一般在直流侧串联大电感，电流脉动很小，可近似看成直流电流源Ø 实例之一：图4-11电流型三相桥式逆变电路Ø 交流侧电容用于吸收换流时负载电感中存贮的能量图图4-11 4-11 电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路15曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4 电流型逆变电路Ø电流型逆变电路主要特点(1) 直流侧串大电感，相当于电流源;(2) 交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因负载不同而不同;(3) 直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管;v电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多 ;v换流方式有负载换流、强迫换流。

16曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4 电流型逆变电路4.4.1 单相电流型逆变电路4.4.2 三相电流型逆变电路17曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.1 单相电流型逆变电路Ø 4桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器LT，用来限制晶 闸管开通时的di/dtØ 1、4和2、3以1000~2500Hz的中频轮流导通，可得到中频交流电图图4-12 4-12 单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路18曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.1 单相电流型逆变电路Ø 采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负载电压 w负载一般是电磁感应线圈，加热线圈内的钢料，R和L串联为其等效电路 ； w因功率因数很低，故并联C；wC和L、R构成并联谐振电路，故此电路称为并联谐振式逆变电路；Ø 输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值 远小于基波；Ø 因基波频率接近负载电路谐振频率，故负载对基波呈高阻抗， 对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电 压波形接近正弦。

19曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.1 单相电流型逆变电路ØØ 工作波形分析工作波形分析v 一周期内，两个稳定导通阶段和两个换流阶段wt1~t2：VT1和VT4稳定导通阶段稳定导通阶段，iｏ=Id，t2时刻前在C上建立了左正右负的电压wt2~t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段入换流阶段wLT使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程wVT2、VT3电流有一个增大过程w4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电：LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到Cwt=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束wt4－t2= tg 称为换流时间wio在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点 20曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.1 单相电流型逆变电路Ø 保证晶闸管的可靠关断（图4-4）w晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，换流结束后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tβwtβ= t5- t4应大于晶闸管的关断时间tq图图4 4-4 -4 并联谐振式并联谐振式逆变电路工作波形逆变电路工作波形 21曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.1 单相电流型逆变电路Ø 为保证可靠换流应在uo过零前tδ= t5- t2时刻触发VT2、VT3wtδ为触发引前时间 (5-16)wio超前于uo的时间 为(5-17)w表示为电角度(5-18)wω为电路工作角频率；r、β分别是tr、tβ对应的电角度22曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.1 单相电流型逆变电路Ø 数量分析忽略换流过程，io可近似成矩形波，展开成傅里叶级数(5-19)基波电流有效值(5-20)负载电压有效值Uo和直流电压Ud的关系（忽略Ld的损耗，忽略晶闸管压降）(5-21)23曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.1 单相电流型逆变电路Ø实际工作过程中，感应线圈参数随时间变化，必 须使工作频率适应负载的变化而自动调整，这种 控制方式称为自励方式Ø固定工作频率的控制方式称为他励方式Ø自励方式存在起动问题，解决方法：v先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式 v附加预充电起动电路24曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电流型逆变电路电流型三相桥式逆变电路（图4-11，采用全控型器件） Ø 基本工作方式是120°导电方式—每个臂一周期内导电120°每时刻 上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流。

图图4-14 4-14 电流型三相桥式电流型三相桥式 逆变电路的输出波形逆变电路的输出波形 ØØ 波形分析波形分析w输出电流波形和负载性质无关，正负 脉冲各120°的矩形波;w输出电流和三相桥整流带大电感负载 时的交流电流波形相同，谐波分析表达 式也相同;w输出线电压波形和负载性质有关，大 体为正弦波;w输出交流电流的基波有效值：25曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电流型逆变电路串联二极管式晶闸管逆变电路Ø主要用于中大功率交流电动机 调速系统；Ø电流型三相桥式逆变电路；Ø各桥臂的晶闸管和二极管串联 使用；Ø120°导电工作方式，输出波形 和图4-14的波形大体相同；Ø强迫换流方式，电容C1~C6为换流电容图图4-15 4-15 串联二极管式晶闸串联二极管式晶闸 管逆变电路管逆变电路 26曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电流型逆变电路Ø换流过程分析w w电容器充电规律：电容器充电规律： w对共阳极晶闸管，与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负不 与导通晶闸管相连的电容器电压为零；w w等效换流电容：等效换流电容：例如分析从VT1向VT3换流时，C13就是C3与C5串联 后再与C1并联的等效电容；图图4-16 4-16 换流过程各阶段的电流路径换流过程各阶段的电流路径 27曲阜师范大学曲阜师范大学 新能源技术研究所新能源技术研究所4.4.2 三相电流型逆变电路Ø从VT1向VT3换流的过程(图4-16）换流前V。