第一节：换流方式.ppt

第五章: 逆 变 电 路,5.1 换流方式 5.1.1 逆变电路的基本工作原理 5.1.2 换流方式分类 5.2 电压型逆变电路 5.2.1 单相电压型逆变电路 5.2.2 三相电压型逆变电路 5.3 电流型逆变电路 5.3.1 单相电流型逆变电路 5.3.2 三相电流型逆变电路 5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 5.4.1 多重逆变电路 5.4.2 多电平逆变电路 本章小结,引 言,★ 逆变是整流逆向变流过程，是将直流电变换成交流电 ● 有源逆变：交流侧接电网，输出频率与电网频率相同； ● 无源逆变：交流侧接负载，输出频率可以改变； ★ 逆变与变频 ● 变频电路分为 交交变频 和 交直交变频两种； ● 交直交变频：由 AC→DC 变换和 DC→AC 变换两部分组成， 后一部分就是无源逆变；,逆变概念,逆变概念,★ 逆变电路的分类 ● 按换流方式分； ● 按输出相数分； ● 按直流电源性质分； ★ 逆变电路的应用 ● 蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载 供电时，需要逆变电路； ● 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源 等电力电子装置的核心部分都是逆变电路；,5.1 换 流 方 式,5.1.1 逆变电路的基本工作原理 单相桥式逆变电路,● S1 ~ S4 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，uo 为负，把直流电变成了交流电； ● 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率； ● 电阻负载时：负载电流 io 和 uo 的波形相同，相位也相同；,图5-1 逆变电路及其波形举例,5.1.1 逆变电路的基本工作原理,● 阻感负载时：io 相位滞后于 uo ，波形也不同；,▲ t0 ~ t1 之间：S1、S4 通，uo 和 io 均为正 ▲ t1 时刻断开 S1、S4 ，闭合 S2、S3 ；uo 变负，但 io 不能立刻反向， 负载电感中储存的能量向电源反馈，io 逐渐减小； ▲ t2 时刻：io 降为零，之后 io 才反向并增大；,图5-1 逆变电路及其波形举例,,5.1.2 换 流 方 式 分 类,一．换流的概念,,★ 电路在工作过程中，电流从一个支路向另一个支路的转移的 过程称为换流（也称换相）； ★ 器件的开通：在适当的门极驱动信号下器件的导通称为导通； ★ 器件的关断： ● 全控型器件可通过门极关断； ● 半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断；一般在 晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断； ★ 研究换流方式主要是研究如何使器件关断,二．四种换流方式,3．负载换流 ● 由负载提供 换流电压 称为负载换流（Load Commutation）； ● 负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流； ● 负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流；,1．器件换流 利用全控型器件的自关断能力进行的换流（Device Commutation）,2．电网换流 ● 由 电网提供 换流电压 称为电网换流（Line Commutation）； ● 可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路； ● 不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件；,4．强迫换流 利用 换流电路内 电容和电感 耦合提供换流电压或换流电流；,三．基本负载换流的逆变电路,★ 采用半控型器件晶闸管； ● 阻感性负载并接电容，使负载性质略呈容性，电路工作在接近 并联谐振的状态； ● 电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入； ● 直流侧串入大电感 Ld， id 基本没有脉动；,,,图5-2 负载换流电路及其工作波形,,● 切换的通断频率接近或大于负载谐振频率，负载电流基本呈矩形波； 因负载对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，所以 uo 波形接近正弦； ● t1 前：VT1、4 通，VT2、3 断， uo 、io 均为正； VT2、3 上的电压也为 uo ● t1 时：触发 VT2、3 使其开通， uo 加到 VT1、4 上使其承受反压而关断， 电流从 VT1、4 转换到 VT2、3 ，从而实现换相； ● t1 时刻须位于 uo 过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成；,★ 负载换流逆变电路的工作过程,,,四．强迫换流的电路原理,图5-3 直接耦合式强迫换流原理图,★ 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 反向电流的换流方式称为强迫换流（Forced Commutation）；,1．直接耦合式强迫换流 由换流电路内的电容提供换流电压； ● 在VT导通时，预先给电容C充电； ● 闭合S，电容预充电的电压施加在 晶闸管上，晶闸管因被施加反向电 压而关断,★ 通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称为电容换流；,,四．强迫换流的电路原理,★ 两种电感耦合式强迫换流,图5-4 电感耦合式强迫换流原理图,★ 给晶闸管施加反向电压而使其关断的换流也叫电压换流（图5.3） ★ 先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加反压的 换流叫电流换流 （图5.4）,2．电感耦合式强迫换流 通过换流电路内电容和电感耦合提供换流电压或换流电流；,a 图中 晶闸管在LC振荡 第一个半周期内关断,b 图中晶闸管在LC振荡 第二个半周期内关断,5.1.2 换流方式分类 小结,★ 四种换流方式 ★ 器件换流 —— 适用于全控型器件 ★ 其余三种方式 —— 对半控型器件晶闸管 ★ 器件换流和强迫换流：称自换流 ★ 电网换流和负载换流：称 外部换流 ★ 熄灭：电流不是从一个支路向另一个支路转移， 而是在支路内部终止流通而变为零。

本节习题,149页 习题1、习题2、习题6,。