電力電子技術(shù)無(wú)源逆變

1、無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-1無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-2 無(wú)源逆變無(wú)源逆變直流直流 交流（向負(fù)載直接供電）交流（向負(fù)載直接供電） 變頻器變頻器 既能調(diào)壓又能調(diào)頻既能調(diào)壓又能調(diào)頻 無(wú)源逆變器無(wú)源逆變器 旋轉(zhuǎn)變頻器旋轉(zhuǎn)變頻器 靜止變頻器靜止變頻器 交交變頻器交交變頻器 直交變頻器直交變頻器無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-3 按結(jié)構(gòu)分類(lèi)按結(jié)構(gòu)分類(lèi) 橋式橋式 零式零式 按電網(wǎng)相數(shù)分類(lèi)按電網(wǎng)相數(shù)分類(lèi) 單相單相 多相多相 按器件分類(lèi)按器件分類(lèi) 半控型半控型 全控型全控型 按調(diào)制方法分類(lèi)按調(diào)制方法分類(lèi) SPWM

2、階梯波階梯波 按導(dǎo)通的角度分類(lèi)按導(dǎo)通的角度分類(lèi) 180 120 按強(qiáng)迫換流的特點(diǎn)按強(qiáng)迫換流的特點(diǎn) 諧振型諧振型 并聯(lián)電容型等并聯(lián)電容型等無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-4 按儲(chǔ)能元件的性質(zhì)分類(lèi)按儲(chǔ)能元件的性質(zhì)分類(lèi) 電壓型逆變器電壓型逆變器 電流型逆變器電流型逆變器無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-5 示意圖示意圖 組成：組成： 主電路主電路 門(mén)控電路門(mén)控電路 控制電路控制電路無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-6 單相橋式逆變電路的原理（單相橋式逆變電路的原理（R負(fù)載）負(fù)載） 主電路主電路 波形圖波形圖 輸出電壓（圖

3、輸出電壓（圖 b） 輸出電流（圖輸出電流（圖 c） 直流輸入電流（圖直流輸入電流（圖 d）無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-7 單相橋式逆變電路的原理（單相橋式逆變電路的原理（L負(fù)載）負(fù)載） 主電路主電路 波形圖波形圖 輸出電壓（圖輸出電壓（圖 b） 輸出電流（圖輸出電流（圖 c） 直流輸入電流（圖直流輸入電流（圖 d）無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-8 單相半橋單相半橋GTO逆變電路及波形逆變電路及波形 主電路主電路 波形圖波形圖 輸出電壓（圖輸出電壓（圖 b） 輸出電流（圖輸出電流（圖 c）無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電

4、氣工程學(xué)院5-9 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-10 根據(jù)各管導(dǎo)通時(shí)間分：根據(jù)各管導(dǎo)通時(shí)間分： 180 導(dǎo)通型導(dǎo)通型 120 導(dǎo)通型導(dǎo)通型 線電壓由相電壓相減得出線電壓由相電壓相減得出BOAOABUUUCOBOBCUUUAOCOCAUUU無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-11 180 導(dǎo)通型各階段的等值電路及電壓值導(dǎo)通型各階段的等值電路及電壓值無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-12 180 導(dǎo)通型三相逆變器的輸出波形導(dǎo)通型三相逆變器的輸出波形 相電壓波形相電壓波形 線電壓波形線電壓波形無(wú)源逆變 M

5、ay 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-13 180 導(dǎo)通型三相逆變器的參數(shù)導(dǎo)通型三相逆變器的參數(shù) 相電壓表達(dá)式相電壓表達(dá)式 線電壓表達(dá)式線電壓表達(dá)式.)11sin1117sin715sin51(sin2ttttUUdAO.)11sin1117sin715sin51(sin32ttttUUdAB無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-14 180 導(dǎo)通型三相逆變器的參數(shù)（續(xù)）導(dǎo)通型三相逆變器的參數(shù)（續(xù)） 相電壓有效值相電壓有效值 線電壓有效值線電壓有效值dddAOUUUU471. 033223342122ddABUUU816. 0)3(242無(wú)源逆變 May 1,

6、2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-15 120 導(dǎo)通型三相逆變器的輸出波形導(dǎo)通型三相逆變器的輸出波形 相電壓波形相電壓波形 線電壓波形線電壓波形無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-16 180 導(dǎo)通方式和導(dǎo)通方式和 120 導(dǎo)通方式的比較：導(dǎo)通方式的比較： 120 方式上下兩管間有方式上下兩管間有60 的間隙，對(duì)換的間隙，對(duì)換流有利，但是管子的利用率低，且若采用流有利，但是管子的利用率低，且若采用星形接法，則始終有一相斷開(kāi)，在換流時(shí)星形接法，則始終有一相斷開(kāi)，在換流時(shí)會(huì)引起較高的感應(yīng)電勢(shì)，而會(huì)引起較高的感應(yīng)電勢(shì)，而180 方式無(wú)論方式無(wú)論在三角形還是星形接法時(shí)，正常工

7、作都不在三角形還是星形接法時(shí)，正常工作都不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，故會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，故180 方式應(yīng)用較為普遍。方式應(yīng)用較為普遍。無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-17 感性負(fù)載情況感性負(fù)載情況 負(fù)載電流滯后角負(fù)載電流滯后角小于小于60 （a）A相電壓波形相電壓波形（b）A相電流波形相電流波形（c）T1的電流波形的電流波形（d）D4的電流波形的電流波形（e）直流輸入電流）直流輸入電流無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-18 感性負(fù)載情況（續(xù)）感性負(fù)載情況（續(xù)） 負(fù)載電流滯后角負(fù)載電流滯后角大于大于60 無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)

8、院5-19 感性負(fù)載下逆變器中可能有三種電流：感性負(fù)載下逆變器中可能有三種電流： 功率電流功率電流 它通過(guò)兩個(gè)或三個(gè)逆變管，將能量從直流電它通過(guò)兩個(gè)或三個(gè)逆變管，將能量從直流電源送到負(fù)載。源送到負(fù)載。 環(huán)路電流環(huán)路電流 它在逆變器內(nèi)部經(jīng)過(guò)一個(gè)逆變管和一個(gè)反饋它在逆變器內(nèi)部經(jīng)過(guò)一個(gè)逆變管和一個(gè)反饋二極管，形成環(huán)流，但此環(huán)流不經(jīng)過(guò)電源。二極管，形成環(huán)流，但此環(huán)流不經(jīng)過(guò)電源。 反饋電流反饋電流 它通過(guò)兩個(gè)反饋二極管將負(fù)載的能量反饋到它通過(guò)兩個(gè)反饋二極管將負(fù)載的能量反饋到直流電源中去。直流電源中去。無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-20 逆變器的能量反饋及電機(jī)的再生制動(dòng)圖逆變

9、器的能量反饋及電機(jī)的再生制動(dòng)圖電壓型的能量反饋電壓型的能量反饋 電流型的能量反饋電流型的能量反饋無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-21 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 由于有大電感抑流，短路的危險(xiǎn)性也比電由于有大電感抑流，短路的危險(xiǎn)性也比電壓型逆變器小得多。電路對(duì)晶閘管關(guān)斷時(shí)壓型逆變器小得多。電路對(duì)晶閘管關(guān)斷時(shí)間（即晶閘管的快速性）的要求比電壓型間（即晶閘管的快速性）的要求比電壓型逆變器的要求低，電路相對(duì)電壓型也比較逆變器的要求低，電路相對(duì)電壓型也比較簡(jiǎn)單，造價(jià)略低。簡(jiǎn)單，造價(jià)略低。無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-22 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路

10、主電路主電路無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-23 波形圖波形圖(a) 相電流相電流(b) 線電流線電流(c) PWM時(shí)時(shí) 的相電流的相電流無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-24 表達(dá)式表達(dá)式 相電流相電流 線電流線電流.)11sin1117sin715sin51(sin32ttttIissssdA.)11sin1117sin715sin51(sin2ttttIissssdAB無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-25 理想情況下，相電流中：理想情況下，相電流中： 基波電流的幅值為基波電流的幅值為 基波電流有效值為基波電

11、流有效值為 相電流的有效值為相電流的有效值為ddAmIII1 . 132) 1 (ddAIII78. 06) 1 (ddAIII816. 043212無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-26 IGBT三相逆變器電路圖三相逆變器電路圖無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-27 六階梯波時(shí)的六階梯波時(shí)的電壓、電流波形電壓、電流波形 PWM時(shí)的時(shí)的電壓、電流波形電壓、電流波形無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-28 IGBT的選擇的選擇 電壓定額的選擇電壓定額的選擇額定電壓額定電壓 = 輸入的輸入的AC電源電壓電源電壓 再生電壓增

12、加值浪涌電壓再生電壓增加值浪涌電壓 簡(jiǎn)化公式：簡(jiǎn)化公式： US：交流電源的峰值電壓：交流電源的峰值電壓K1：電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，：電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，K1 1.15K2：直流中間回路有反饋時(shí)的泵升電壓：直流中間回路有反饋時(shí)的泵升電壓K2 1.2K3：必要的電壓安全系數(shù)，：必要的電壓安全系數(shù)，K3 1.31.53212KKKUUSCE22無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-29 電流定額的選擇電流定額的選擇cos : 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)U : 交流電源相電壓有效值交流電源相電壓有效值K4 : 電流的安全系數(shù)，取電流的安全系數(shù)，取K4 = 2K5 : 電流脈動(dòng)率，

13、取電流脈動(dòng)率，取K5 = 1.254323cos10KKUPILMC無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-30 三點(diǎn)式（三電平）逆變電路示意圖三點(diǎn)式（三電平）逆變電路示意圖無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-31 三點(diǎn)式（三電平）逆變電路的三點(diǎn)式（三電平）逆變電路的 A 相電路相電路 (a) Holtz電路電路 (b) Nabae電路電路無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-32 三點(diǎn)式逆變器的輸出電壓波形三點(diǎn)式逆變器的輸出電壓波形 逆變器的相電壓波形逆變器的相電壓波形 (a) 方波輸出方波輸出 (b) PWM方式輸出方式輸出

14、無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-33 三點(diǎn)式逆變?nèi)c(diǎn)式逆變電路在不同電路在不同控制角時(shí)的控制角時(shí)的負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓波形波形無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-34 逆變器調(diào)壓的基本方法逆變器調(diào)壓的基本方法 調(diào)節(jié)輸出變壓器的變化調(diào)節(jié)輸出變壓器的變化 調(diào)節(jié)逆變器的直流輸入電壓調(diào)節(jié)逆變器的直流輸入電壓 逆變器的相位位移或多重化技術(shù)（見(jiàn)下頁(yè)）逆變器的相位位移或多重化技術(shù)（見(jiàn)下頁(yè)） 通過(guò)對(duì)逆變器本身的控制實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻通過(guò)對(duì)逆變器本身的控制實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-35 逆變器相位移調(diào)壓原理逆變器相位移調(diào)

15、壓原理無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-36 逆變器相位移調(diào)壓輸出波形逆變器相位移調(diào)壓輸出波形無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-37 逆變器的正弦波脈寬調(diào)制（逆變器的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM） 基本原理基本原理無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-38 單極性正弦脈寬調(diào)制單極性正弦脈寬調(diào)制(a)輸出電壓波輸出電壓波(b)兩種控制電壓波的相交兩種控制電壓波的相交無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-39 單極性單極性SPWM在載波比為在載波比為20時(shí)的基波與諧波時(shí)的基波與諧波無(wú)源逆變 May 1, 2

16、003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-40 雙極性正弦脈寬調(diào)制雙極性正弦脈寬調(diào)制(a) 三角形載波三角形載波 與正弦調(diào)制與正弦調(diào)制 波的相交波的相交(b) 輸出相電壓波輸出相電壓波無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-41 雙極性雙極性SPWM在在 N = 19時(shí)的基波與諧波時(shí)的基波與諧波無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-42 SPWM 的載波比與輸出頻率的載波比與輸出頻率無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-43 不同開(kāi)關(guān)頻率下三種逆變器的電機(jī)電流波形不同開(kāi)關(guān)頻率下三種逆變器的電機(jī)電流波形無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交

17、通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-44 用脈寬調(diào)制消除指定的諧波分量用脈寬調(diào)制消除指定的諧波分量 式中式中 為了消除為了消除3次和次和5次諧波，可令次諧波，可令 U3M=0和和 U5M=0 可求得特定的可求得特定的 1和和 2nnMntnUtu.531sin)(、cos2cos21421nnnUUdnM05cos25cos2103cos23cos212121無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-45 消除消除3次和次和5次兩種諧波的電壓波形次兩種諧波的電壓波形無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-46 微機(jī)實(shí)現(xiàn)微機(jī)實(shí)現(xiàn)SPWM控制的方法：控制的方法： 表格法（表

18、格法（ROM法）法） 實(shí)時(shí)計(jì)算法實(shí)時(shí)計(jì)算法 自然采樣法自然采樣法 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法 不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-47 SPWM逆變器的自然采樣與規(guī)則采樣逆變器的自然采樣與規(guī)則采樣(a) 對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣 (b)不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-48 緩沖電路對(duì)不同器件的作用緩沖電路對(duì)不同器件的作用 晶閘管晶閘管 GTR GTR在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的波形在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的波形 vCE 和和 iC 的軌跡的軌跡無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-49 IGBT 關(guān)斷時(shí)的關(guān)斷時(shí)的 vCE和和iC 開(kāi)通時(shí)的開(kāi)通時(shí)的vCE和和iC 無(wú)源逆變 May 1, 2003北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5-50 緩沖電路的基本結(jié)構(gòu)緩沖電路的基本結(jié)構(gòu) 串并聯(lián)串并聯(lián) RLCD 緩沖電路緩沖電路 并聯(lián)并聯(lián) RCD 緩沖電路緩沖電路無(wú)源逆變