电力电子技术第4章逆变电路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,第四章 逆变电路,,4.1 逆变的基本概念,,4.2 换流方式,,4.3,单相电压型逆变电路,,4.4 三相电压型逆变电路,1,4.1 逆变的基本概念,■,4.1.1,逆变的概念,,,◆,与整流相对应，直流电变成交流电固定直流→幅值和频率都可控的正弦交流,,,☞,有源逆变、无源逆变的概念和区别,,,☞,逆变电路的应用（直流电源、逆变器）,,☞,逆变器的分类（按照相数、输入端电源、控制方式分类）,何谓交流电,2,■,4.1.2 逆变电路基本原理,,1、开关型逆变器基本结构,2、逆变器输出特性,负载,a),b),t,S,1,S,2,S,3,S,4,i,o,u,o,U,d,u,o,i,o,t,1,t,2,方波、正弦波（特殊控制）,图4-1 逆变电路及其波形举例,,负载--RL,3,■,4.1.3 逆变电路分类和特点,,◆,电压型,逆变电路：直流侧是电压源◆,电流型,逆变电路：直流侧是电流源◆,输出电压---矩形波，,,输出电流---负载阻抗不同而不同图4-2 全桥电压型逆变电路,,■,1、,根据直流侧电源性质,■,2、,电压型逆变电路的特点,◆,直流侧为电压源或并联大电容，电压基本无脉动。

R;RL,RC?,4,■,4.1.3 逆变电路分类和特点,,◆续流二极管作用,图4-2 全桥电压型逆变电路,,阻感负载时需提供无功功率，并联反馈二极管给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,思考：无D如何？,5,■,3、,电流型逆变电路的特点,,,◆,直流侧串,大电感,，电流基本无脉动，相当于电流源◆,交流输出电流为,矩形波,，与负载阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同◆,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◆,电流型逆变电路中，采用,半控型器件,的电路仍应用较多，换流方式有,负载换流,、,强迫换流,■,逆变电路分类和特点,,图4-3 电流型三相桥式逆变电路,,6,4.2 换流方式,■,4.2.1,换流的概念,,,◆,电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相◆,研究换流的主要目的？----关断,例：整流电路器件的换流（换相）,7,4.2.2 换流方式的分类,,◆,器件换流（Device Commutation）,,,☞,利用,全控型器件的自关断能力,进行换流☞,在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。

◆,电网换流（Line Commutation）,,,☞,电网,提供,换流电压,的换流方式☞,将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路反压时间,（可控整流电路）,8,4.2.2 换流方式的分类,☞,由,负载,提供,换流电压,的换流方式☞,负载,电流,的,相位超前,于负载,电压,的场合，都可实现负载换流，如电容性负载和同步电动机☞,图4-2a是基本的负载换流逆变电路，整个负载工作在接近,并联谐振状态,而略呈,容性,，,直流侧串大电感，工作过程可认为,i,d,基本没有脉动ω,t,ω,t,ω,t,ω,t,O,O,O,O,i,i,t,1,b),o,u,o,i,o,i,o,u,VT,i,VT,1,i,VT,4,i,VT,2,i,VT,3,u,VT,1,u,VT,4,图4-4 负载换流电路及其工作波形,,◆,负载换流,（Load Commutation）,9,4.2.2 换流方式的分类,ω,t,ω,t,ω,t,ω,t,O,O,O,O,i,i,t,1,b),o,u,o,i,o,i,o,u,VT,i,VT,1,i,VT,4,i,VT,2,i,VT,3,u,VT,1,u,VT,4,√,负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，所以,u,o,接近,正弦波,。

√,触发,VT,2,、VT,3,的时刻,t,1,必须在,u,o,过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成10,☞,设置,附加的换流电路,，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流☞,通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为,电容换流,☞,分类,,,√,直接耦合式强迫换流,：由换流电路内电容直接提供换流电压√,电感耦合式强迫换流,：通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流4.2.2 换流方式的分类,◆,强迫换流（Forced Commutation）,11,4.2.2 换流方式的分类,☞,直接耦合式强迫换流,图4-3 直接耦合式强迫换流原理图,,原电路电流流向？,√,当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电当S合上，就可使VT被施加反压而关断√,也叫电压换流12,4.2.2 换流方式的分类,√,晶闸管上的反向电压----二极管压降,图4-4 电感耦合式强迫换流原理图,,☞,电感耦合式强迫换流,LC振荡,√,图4-4a中晶闸管在LC振荡,正半波,关断；图4-4b中晶闸管在LC振荡,负半波,关断，电容电压极性？,√,也叫,电流换流,13,4.2.2 换流方式的分类,■,换流方式总结,,,◆,器件换流,只适用于,全控型器件,，其余三种方式主要是针对,晶闸管,而言的。

◆,器件换流和强迫换流属于,自换流,，电网换流和负载换流属于,外部换流,14,4.3 单相电压型逆变电路的工作原理,■,4.3.1,半桥逆变电路的实现原理,a),t,t,O,O,ON,b),o,U,m,-,U,m,i,o,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,V,1,V,2,V,1,V,2,VD,1,VD,2,VD,1,VD,2,图4-5 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形,,◆,结构：在直流侧接有两个相互串联的足够大的,电容,◆,工作原理,,1,、V,1,和V,2,的栅极信号特点,,2,、输出电压,u,o,,3,、,阻感负载的电流特征,,4、续流二极管,,5、中点存在,◆,地位：基础,15,,■,4.3.2 全桥,逆变电路的实现原理,图4-6 全桥逆变电路,,◆,调压（有效值）---,U,d,◆结构：H,桥--,两个半桥,◆特点：,交替导通,180,°,◆,输出特征：方波；幅值,U,m,死区,16,V,14,V,32,电流波形？,17,两桥臂协调控制，开关周期为输出电压周期，占空比为0.5,控制和输出波形,输出电压基波幅值,■,4.3.2 全桥,逆变电路的实现原理,18,方波控制方式下,,,优点是器件开关频率低，适用于,大功率场合,。

缺点是谐波含量高，且逆变器,不能控制输出电压幅值,■,4.3.2 全桥,逆变电路的实现原理,◆,矩形波,u,o,展开,其中基波的幅值,U,o1m,基波有效值,U,o1,19,交变电压,■,移相调压方式,a),b),,☞,输出电压是正负各为,,的脉冲☞,工作过程：,,输出电压分别经过,U,d,、0、 -U,d,、,☞,结论：,改变,,就可调节输出电压,■,4.3.2 全桥,逆变电路的实现原理,图4-10 移相调压逆变电路,,,☞,驱动方式 V1，V2互补；V3，V4互补,；,V,3,、V,4,分别比V,2,、V,1,的前移,180°-,,20,图4-11 带中心抽头变压器的逆变电路,,◆,交替驱动,两个IGBT,，经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压◆,两个二极管的作用也是提供,无功能量的反馈通道,◆,U,d,和负载参数相同，变压器匝比为,1：1：1,时，,u,o,和,i,o,波形及幅值与全桥逆变电路完全相同■,与全桥电路比较？,■,带中心抽头变压器的逆变电路,21,4.4 三相电压型逆变电路的工作原理,■,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,■,4.4.1,逆变电路的基本结构,22,图4-12 三相电压型桥式逆变电路,,4.4.1,逆变电路的基本结构,,假想中点,180,°导电方式,120,角度差,°,纵向换流,23,桥臂1导--,u,UN’,=,U,d/2,,桥臂4导通--,u,UN’,=-,U,d/2,,,u,UN’,---,幅值为,U,d/2,的矩形波,图4-15 电压型三相桥式逆变电路的工作波形,,◆,U相输出,V、W两相的情况,,和U相类似4.4.2,逆变电路的工作波形分析,24,t,O,t,O,t,O,t,O,t,O,t,O,t,O,t,O,a),b),c),d),e),f),g),h),u,UN',u,UN,u,UV,i,U,i,d,u,VN',u,WN',u,NN',U,d,U,d,2,U,d,3,U,d,6,2,U,d,3,图4-15 电压型三相桥式逆变电路的工作波形,,◆,负载线电压,u,UV,、u,VW,、u,WU,,可由下式求出,◆,负载各相的相电压分别为,,4.4.2,逆变电路的工作波形分析,25,4.2.2 三相电压型逆变电路,t,O,t,O,t,O,t,O,t,O,t,O,t,O,t,O,a),b),c),d),e),f),g),h),u,UN',u,UN,u,UV,i,U,i,d,u,VN',u,WN',u,NN',U,d,U,d,2,U,d,3,U,d,6,2,U,d,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,u,UN,+u,VN,+u,WN,=0,，故可得,,◆,负载参数已知时，可以由,u,UN,的波形求出U相电流,i,U,的波形，图4-10g给出的是阻感负载下时,i,U,的波形。

◆,把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得到直流侧电流,i,d,的波形，如图4-10h所示，可以看出,i,d,每隔,60°,脉动一次26,4.4.2,逆变电路的工作波形分析,◆,输出线电压,u,UV,展开成傅里叶级数,◆,输出线电压有效值,U,UV,为,基波幅值,U,UV1m,基波有效值,U,UV1,■,基本的数量关系,27,◆,负载相电压有效值,U,UN,为,基波有效值,U,UN1,■,防直通---,“先断后通”,4.4.2,逆变电路的工作波形分析,基波幅值,U,UN1m,相电压,28,U,UV7,=2,U,d,/,（3.14×7× ）=22.3（V）,,■,例：三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，,U,d,=200,V试求输出相电压的基波幅值,U,UN1m,和有效值,U,UN1,、输出线电压的基波幅值,U,UV1m,和有效值,U,UV1,、输出线电压中7次谐波的有效值,U,UV7,解：,,＝0.45×200＝90（V）,＝0.637×200＝127.4（V）,＝ 1.1×200=220（V）,＝ 0.78×200=156（V）,4.4.4,三相逆变器例题,29,4.5,本章小结,■,讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理,,◆,四大类基本变流电路中，,AC/DC,和,DC/AC,两类电路更为基本、更为重要。

■,换流方式,,◆,分为,外部换流,和,自换流,两大类，外部换流包括,电网换流,和,负载换流,两种，自换流包括,器件换流,和,强迫换流,两种◆,换流概念在晶闸管时代十分重要，全控型器件时代其重要性有所下降30,■,逆变电路分类方法,,◆,可按,换流方式,、,输出相数,、,直流电源的性质或用途,等分类◆,本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法，分为,电压型,和,电流型,两类◆,电压型和电流型的概念用于其他电路，会对这些电路有更深刻的认识，负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路，电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路4.5,本章小结,31,。