自換流逆變電路—逆變器ppt課件

1、4.1 逆變器的類型和性能目的逆變器的類型和性能目的4.2 電壓型單相方波逆變電路任務(wù)原理電壓型單相方波逆變電路任務(wù)原理4.3 電壓型單相逆變器電壓和波形控制電壓型單相逆變器電壓和波形控制4.4 三相逆變電路任務(wù)原理三相逆變電路任務(wù)原理4.5 電壓型三相逆變器電壓和波形的電壓型三相逆變器電壓和波形的SPW控制控制24.1.1 逆變器的類型逆變器的類型4.1.2 逆變器輸出波形性能目的逆變器輸出波形性能目的4.1.3 其他目的其他目的 根據(jù)直流電源的類型：根據(jù)直流電源的類型：根據(jù)輸出交流電壓的性質(zhì)：根據(jù)輸出交流電壓的性質(zhì)：CVCFCVCF恒頻恒壓、恒頻恒壓、VVVFVVVF變頻變頻變壓、高頻脈沖

2、型變壓、高頻脈沖型根據(jù)逆變器電路構(gòu)造：單相半橋、單相全橋、推挽式、三相橋根據(jù)逆變器電路構(gòu)造：單相半橋、單相全橋、推挽式、三相橋式逆變器式逆變器根據(jù)開關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式：根據(jù)開關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式：自關(guān)斷、強(qiáng)迫關(guān)斷、有源逆變、負(fù)載反電動勢、負(fù)載自關(guān)斷、強(qiáng)迫關(guān)斷、有源逆變、負(fù)載反電動勢、負(fù)載諧振換流逆變器。諧振換流逆變器。電壓型逆變器電壓型逆變器VSI電流型逆變器電流型逆變器CSI電壓型逆變電路電壓型逆變電路: :特點：特點： C C存在。存在。C C的作用：濾波和吸收無功功率的作用：濾波和吸收無功功率適宜于感性負(fù)載適宜于感性負(fù)載電流型逆變電路：電流型逆變電路：特點：特點： L L存在。

3、存在。L L的作用：濾波和吸收無功功率的作用：濾波和吸收無功功率適宜于容性負(fù)載適宜于容性負(fù)載電壓型逆變器電壓型逆變器VSI電流型逆變器電流型逆變器CSI單相半橋單相半橋單相全橋單相全橋電壓型三相橋式逆變電路電壓型三相橋式逆變電路1/)1(VVHFnn 諧波系數(shù)諧波系數(shù) 232221221212 , 12121214 , 3 , 2211VV)11)2(VVVVVVVTHDVVTHDnnnn（總諧波系數(shù)總諧波系數(shù)DV180 方方波VVVVVD 33.0/133 VVHF2 .05 HF48.021212 VVVTHDDX-Axis0tt 方波方波2To180DV)(1t

4、v總總THD系數(shù)表征了實踐系數(shù)表征了實踐波形同其基波分量差別波形同其基波分量差別的程度。輸出為理想方的程度。輸出為理想方波時，波時，THD為零。為零。逆變電路輸出的逆變電路輸出的n n次諧波有效值次諧波有效值VnVn經(jīng)經(jīng)LCLC濾波后在負(fù)載上的濾波后在負(fù)載上的n n次諧次諧波電壓波電壓VLnVLn為為: : 11122 LCnVcncnLnVVnnLn 2020222)( nVnVLCnVVnnnLn 1 2222,3,411()nnVDFVn(3)(3)畸變系數(shù)畸變系數(shù)DFDFn n次諧波衰減了次諧波衰減了n2n2倍倍第第n n次諧波的畸變系數(shù)：次諧波的畸變系數(shù)：n221nnVHFDFnVn

5、總的畸變系數(shù)：總的畸變系數(shù)：逆變器的性能目的除輸出波形性能目的外，還應(yīng)包括：逆變器的性能目的除輸出波形性能目的外，還應(yīng)包括：逆變效率逆變效率單位分量或單位體積輸出功率單位分量或單位體積輸出功率可靠性目的可靠性目的逆變器輸入直流電流中交流分量的數(shù)值和脈動頻率逆變器輸入直流電流中交流分量的數(shù)值和脈動頻率電磁干擾電磁干擾EMIEMI及電磁兼容性及電磁兼容性EMCEMC4.2.1 電壓型單相全橋逆變電路電壓型單相全橋逆變電路4.2.2 電壓型單相半橋逆變電路電壓型單相半橋逆變電路4.2.3 變壓器中心抽頭推挽式變壓器中心抽頭推挽式(Push-Pull)單相逆變電路單相逆變電路T1T1、T4T4一組和一

6、組和T2T2、T3T3另一組交替通、斷。另一組交替通、斷。臂內(nèi)換流：同一個導(dǎo)通臂內(nèi)的元件之間換流，而且換流是臂內(nèi)換流：同一個導(dǎo)通臂內(nèi)的元件之間換流，而且換流是在在ia=0 ia=0 時進(jìn)展的稱自然換流。時進(jìn)展的稱自然換流。 臂間換流：指電流由一個導(dǎo)通臂轉(zhuǎn)移到另一個導(dǎo)通臂，換臂間換流：指電流由一個導(dǎo)通臂轉(zhuǎn)移到另一個導(dǎo)通臂，換流是在流是在ia0 ia0 時進(jìn)展的，屬于強(qiáng)迫換流。時進(jìn)展的，屬于強(qiáng)迫換流。當(dāng)負(fù)載為感性時當(dāng)負(fù)載為感性時逆變形狀：逆變形狀：T14 ,T23 T14 ,T23 導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，直流電源向負(fù)載傳輸能量。直流電源向負(fù)載傳輸能量。整流形狀：整流形狀：D14 D23 D14 D23

7、導(dǎo)通時導(dǎo)通時, ,負(fù)負(fù)載向直流電源僅傳能量載向直流電源僅傳能量. .因此，因此，D14D14、D23D23為無功電流傳輸提供通路，為無功電流傳輸提供通路，C C是用來吸收無功功率。是用來吸收無功功率。當(dāng)負(fù)載為感性時能量傳送方向：當(dāng)負(fù)載為感性時能量傳送方向：瞬態(tài)基波功率分析感性負(fù)載瞬態(tài)基波功率分析感性負(fù)載tUuoosin21100122RLtgTf，基波瞬態(tài)功率：基波瞬態(tài)功率：用積化和差公式：用積化和差公式：）（tIioosin211基波電壓基波電壓:基波電流基波電流:）（）（）（ttt2coscos21)sin(sincoscos21sinsin0141.27dmdUUU基波電壓幅值：基波電壓

8、幅值：基波電壓有效值：基波電壓有效值：110.92o modUUU111oooiup）（ttIUoosinsin211上式闡明：基波的瞬態(tài)功率含有交流分量和直流分量。上式闡明：基波的瞬態(tài)功率含有交流分量和直流分量。cos111011ooDCTowoIUpdtpTp直流功率討論：直流功率討論：sincos01111IUQIUPoooDC，有功功率，）（tIUIUpooooo2sincos11111基波的直流功率基波的直流功率基波的交流功率基波的交流功率基波的平均功率基波的平均功率:平均功率等于直流功率平均功率等于直流功率(1)當(dāng)當(dāng) ,感性負(fù)載感性負(fù)載,有功功率最大有功功率最大,無功功率為零無功功

9、率為零0(2)當(dāng)當(dāng) ,純感性負(fù)載純感性負(fù)載,無功功率最大無功功率最大(3)當(dāng)當(dāng) ,既有無功功率又有有功功率既有無功功率又有有功功率2)2, 0(無功功率無功功率特性分析特性分析-1由于入端電壓為恒定，橋中各臂元件輪番導(dǎo)通時，輸出端電由于入端電壓為恒定，橋中各臂元件輪番導(dǎo)通時，輸出端電壓交替地被鉗到入端電壓壓交替地被鉗到入端電壓Ud，故為交變方波。其頻率取決，故為交變方波。其頻率取決于門極信號的反復(fù)頻率，因此實現(xiàn)逆變目的。于門極信號的反復(fù)頻率，因此實現(xiàn)逆變目的。將將UAB用傅里葉級數(shù)展開：用傅里葉級數(shù)展開：式中：式中：UAB1m為基波電壓幅值：為基波電壓幅值：基波電壓有效值：基波電壓有效值：AB

10、d4111( )U (sinsin3sin5sin)35utttn tnAB1mAB3mAB5mABnmUsinUsin3Usin5UsinttttAB1mdd4UU1.27UAB1mAB1ddU2 2U=U =0.9U2由于負(fù)載為感性，阻抗角由于負(fù)載為感性，阻抗角負(fù)載基波電流負(fù)載基波電流iO1將滯后于基波電壓角度將滯后于基波電壓角度。當(dāng)當(dāng)T1，4和和T2，3導(dǎo)通時，負(fù)載由電源獲得電能。導(dǎo)通時，負(fù)載由電源獲得電能。當(dāng)當(dāng)D1，4和和D2，3導(dǎo)通時，負(fù)載中電能反響到導(dǎo)通時，負(fù)載中電能反響到C中，保證負(fù)載中，保證負(fù)載電流延續(xù)。反并二極管和電容電流延續(xù)。反并二極管和電容C為此無功電流提供了通路。為此無

11、功電流提供了通路。1tg(rad)LR特性分析特性分析-2 電容分壓，半橋電路電容分壓，半橋電路 T1、T2交替通、斷交替通、斷 二級管二級管D的作用，感性負(fù)載續(xù)流的作用，感性負(fù)載續(xù)流 R、L負(fù)載時，負(fù)載時，T、D交替導(dǎo)電交替導(dǎo)電0R2dU0LSPQ1dU 當(dāng)當(dāng)Ug1=1,T1 導(dǎo)通或?qū)ɑ駾1導(dǎo)通，導(dǎo)通，S與與P相接相接210dduuu當(dāng)控制信號以頻率當(dāng)控制信號以頻率 f 變換，變換， 在在 與與 之間變化，使輸出之間變化，使輸出為交流方波電壓。為交流方波電壓。0u1du2du210dduuu任務(wù)原理任務(wù)原理: 當(dāng)當(dāng)Ug2=1,T2 導(dǎo)通或?qū)ɑ駾2導(dǎo)通，導(dǎo)通，S與與Q相接相接t t0DV2

12、1anv(b)(b)電壓波形電壓波形2T驅(qū)動驅(qū)動20T0T230TtnnVvDnan sin2,5,3, 1 DD1D145. 022sin2VVVtVva 基波基波)sin()(2)(221tLRVtia1T 開關(guān)開關(guān)T1、T2輪番導(dǎo)電輪番導(dǎo)電180度度 開關(guān)管接受的斷態(tài)電壓為開關(guān)管接受的斷態(tài)電壓為 2VD 適用于低壓小功率、而且直流電源和負(fù)載須隔離適用于低壓小功率、而且直流電源和負(fù)載須隔離 輸出電壓為輸出電壓為180度寬的交流方波度寬的交流方波 當(dāng)當(dāng)T1導(dǎo)通時，輸出電壓導(dǎo)通時，輸出電壓vab=VD，當(dāng)，當(dāng)T2導(dǎo)通時，輸出電壓導(dǎo)通時，輸出電壓Vab=-VD，4.3.0 概述概述 4.3.1

13、單脈沖寬度調(diào)制單脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器逆變器4.3.2 正脈沖寬度調(diào)制正脈沖寬度調(diào)制SPWM根本原理根本原理4.3.3 單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器4.3.4 雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器逆變器控制方案控制方案1:1:控制方案控制方案2:2:控制方案控制方案3:3:q 控制輸出電壓基波控制輸出電壓基波V1V1的大小僅有輸入電壓的大小僅有輸入電壓VDVD獨一確定。獨一確定。q 控制輸出電壓波形，要求諧波成分小且最低階次諧波階次控制輸出電壓波形，要求諧波成分小且最低階次諧波階次高，諧波頻率高。高，諧波頻率高?？煽卣鞣桨缚煽卣?/p>

14、方案直流直流/直流變換器調(diào)壓方案直流變換器調(diào)壓方案逆變器本身控制方案逆變器本身控制方案可控整流方案可控整流方案 可控可控直流直流電源電源逆逆變變器器負(fù)負(fù)載載+-交流交流電源電源直流直流環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)濾波器濾波器斬斬波波調(diào)調(diào)壓壓方方案案DC/DC斬斬波波器器逆逆變變器器負(fù)負(fù)載載二二極極管管整整流流器器濾濾波波器器ABCDRLS1S2S3S4C基基本本逆逆變變電電路路0v1vDV逆變器本身控制方案逆變器本身控制方案經(jīng)過開關(guān)器件的脈沖經(jīng)過開關(guān)器件的脈沖寬度調(diào)制寬度調(diào)制PWM，調(diào)整輸出基波電壓的調(diào)整輸出基波電壓的大小、增大輸出電壓大小、增大輸出電壓中的最低次諧波的階中的最低次諧波的階次并減小其諧波數(shù)值，次并

15、減小其諧波數(shù)值，到達(dá)調(diào)控其輸出基波到達(dá)調(diào)控其輸出基波電壓同時又改善輸出電壓同時又改善輸出電壓波形的目的。電壓波形的目的。正半周中，正半周中，T1T1、T4T4導(dǎo)通導(dǎo)通qq角角負(fù)半周中，負(fù)半周中，T2T2、T3T3導(dǎo)通導(dǎo)通qq角角開關(guān)頻率決議輸出頻率開關(guān)頻率決議輸出頻率脈寬脈寬qq決議輸出電壓大小決議輸出電壓大小次次諧諧波波電電壓壓相相對對值值、基基波波、的的矩矩形形波波的的脈脈寬寬為為753 tnnnVvVtdVVnnDtabDDabsin) 1(2sin4)(2221, 7 , 5 , 3 , 1)(21222ddmVVVV 22411 時時，14sin24sin2mDDnmVVVnVn 實

16、際根底實際根底沖量相等而外形不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，沖量相等而外形不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果根本一樣其效果根本一樣沖量指窄脈沖的面積沖量指窄脈沖的面積效果根本一樣，是指環(huán)節(jié)的輸出呼應(yīng)波形根本一樣效果根本一樣，是指環(huán)節(jié)的輸出呼應(yīng)波形根本一樣低頻段非常接近，僅在高頻段略有差別低頻段非常接近，僅在高頻段略有差別f (t)(t)tO圖6-1a)b)c)d)tOtOtOf (t)f (t)f (t)外形不同而沖量一外形不同而沖量一樣的各種窄脈沖樣的各種窄脈沖f (t)(t)tO圖6-1a)b)c)d)tOtOtOf (t)f (t)f (t)外形不同而沖量一外形不同而沖量一樣

17、的各種窄脈沖樣的各種窄脈沖 實例實例電路輸入：電路輸入：u(t)，窄脈沖，如圖，窄脈沖，如圖a、b、c、d所示所示電路輸出：電路輸出：i(t)，面積等效原理面積等效原理a)Ob)圖6-2tbdcai(t)i(t)e(t)沖量一樣的各種窄脈沖量一樣的各種窄脈沖的呼應(yīng)波形根本一沖的呼應(yīng)波形根本一樣樣 用一系列等幅不等寬的脈沖來替代一個用一系列等幅不等寬的脈沖來替代一個正弦半波正弦半波正弦半波正弦半波N等分，可看成等分，可看成N個彼此相連的個彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等脈沖序列，寬度相等，但幅值不等用矩形脈沖替代，等幅，不等寬，中點重用矩形脈沖替代，等幅，不等寬，中點重合，面積沖量相等合

18、，面積沖量相等寬度按正弦規(guī)律變化寬度按正弦規(guī)律變化tOua)b)圖6-3Out用用PWM波替代正波替代正弦半波弦半波SPWM波形波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的等效的PWM波形波形要改動等效輸出正弦波幅值，按同一比例改動各脈沖要改動等效輸出正弦波幅值，按同一比例改動各脈沖寬度即可寬度即可PWM電壓波在每一時間電壓波在每一時間段都與該時段中正弦電壓段都與該時段中正弦電壓等效，除每一時間段的面等效，除每一時間段的面積相等外，每個時間段的積相等外，每個時間段的電壓脈沖還必需很窄，這電壓脈沖還必需很窄，這就要求脈波數(shù)量就要求脈波數(shù)量P很多。很多。脈波數(shù)越多，不

19、延續(xù)的按脈波數(shù)越多，不延續(xù)的按正弦規(guī)律改動寬度的多脈正弦規(guī)律改動寬度的多脈波電壓就越等效于正弦電波電壓就越等效于正弦電壓。壓。圖6-5urucuOtOtuouofuoUd-Ud一、單極正弦波一、單極正弦波PWM調(diào)制方式調(diào)制方式ug2=0 T2斷斷控制電壓的分控制電壓的分布：布：電路中，電路中，T1、T2為頻控臂：為頻控臂：當(dāng)當(dāng)ur0ug1=1 T1通通當(dāng)當(dāng)uruc,ug4=1,ug3=0,T3關(guān)斷，關(guān)斷，T4導(dǎo)導(dǎo)通通ur0 uo=Vd0ucuc,T1、T4導(dǎo)通導(dǎo)通uo=Udur,uc,T2、T3uo=-UdT1、T4和和T2、T3兩組相互導(dǎo)通兩組相互導(dǎo)通圖6-6urucuOtOtuouofuo

20、Ud-Ud一樣的開關(guān)頻率時一樣的開關(guān)頻率時單極性單極性SPWMSPWM：開關(guān)動作次數(shù)相對少些，諧波情況好些，：開關(guān)動作次數(shù)相對少些，諧波情況好些，多用于單相逆變。多用于單相逆變。雙極性雙極性SPWMSPWM：諧波情況差些，用于三相逆變。：諧波情況差些，用于三相逆變。載波比：載波頻率載波比：載波頻率fcfc與調(diào)制信號頻率與調(diào)制信號頻率frfr之比，之比，N= fc / frN= fc / fr調(diào)制比：正弦波幅值與三角波幅值比值稱為調(diào)制調(diào)制比：正弦波幅值與三角波幅值比值稱為調(diào)制比比:M=Vrm/Vcm:M=Vrm/Vcm4.4.1 電壓型三相逆變?nèi)蝿?wù)原理電壓型三相逆變?nèi)蝿?wù)原理4.4.2 電流型三相

21、逆變?nèi)蝿?wù)原理電流型三相逆變?nèi)蝿?wù)原理根本假設(shè)：根本假設(shè)： 負(fù)載星形銜接，平衡對稱，負(fù)載星形銜接，平衡對稱， 純阻性、負(fù)載中點純阻性、負(fù)載中點o o點位作點位作 為參考點，即為參考點，即uo=0uo=0 控制脈沖的寬度控制脈沖的寬度= = 直流電容直流電容CdCd值足夠大；值足夠大； 輸入為輸入為DCDC直流源直流源 電路已到達(dá)穩(wěn)態(tài)電路已到達(dá)穩(wěn)態(tài)控制電壓信號的構(gòu)成控制電壓信號的構(gòu)成載波電壓：用一個對稱的三角波，幅值為載波電壓：用一個對稱的三角波，幅值為UomUom，頻率為，頻率為fcfc；控制信號：采用三相正弦波?？刂菩盘枺翰捎萌嗾也āgsmscggsmsbggsmsauuCtUuuuBtU

22、uuuAtUu )326sin(,)326sin(,),6sin(5,26341相的控制信號相的控制信號用來構(gòu)成用來構(gòu)成相的控制信號相的控制信號用來構(gòu)成用來構(gòu)成相的控制信號相的控制信號用來構(gòu)成用來構(gòu)成 電路：電路：cusu4gu1gucmu1gucutatuscmsmUUm :調(diào)制比調(diào)制比A A相控制信號的構(gòu)成相控制信號的構(gòu)成Ug1,Ug4Ug1,Ug4,1gu5gu2gu6gu3gguu412 2任何時辰均有三個控制信號為任何時辰均有三個控制信號為 高電平。高電平。各相上下臂控制信號反相。各相上下臂控制信號反相?？刂菩盘柕奶攸c：控制信號的特點：由坐標(biāo)零點開場。由坐標(biāo)零點開場。TTTgggAB

23、TTTgggABTTTgggABTTTgggabVVVuuuUVVVuuuUVVVuuuUVVVuuuU 00 UAB 0, 1, 1, 1:4, 1, 1, 1:3Ud, 1, 1, 1:2Ud, 1, 1, 1:11543432432321321216216165165時區(qū)時區(qū)時區(qū)時區(qū)時區(qū)時區(qū)時區(qū)時區(qū)時區(qū)編號時區(qū)編號，只講，只講結(jié)合圖結(jié)合圖阻負(fù)載阻負(fù)載、輸出電壓的構(gòu)成純、輸出電壓的構(gòu)成純3dAoUu32dAoUu3dAoUu3dAoUu21111(sinsin5sin7sin11sin)57112 31111sin()sin5()sin7()sin11()sin ()656761166dAOdABUuttttn tnUuttttntn010101101101222