任務(wù)三逆變電路與原理

1、任務(wù)三逆變電路與原理教師： 課型： 課時(shí)： 授課班級(jí)： 授課時(shí)間： 教學(xué)重點(diǎn)：1、電力變流器的換相方式。2、逆變電路的基本原理。3、串聯(lián)諧振式和并聯(lián)諧振式逆變電路的工作原理。教學(xué)難點(diǎn)：1、串聯(lián)諧振式和并聯(lián)諧振式逆變電路的工作原理。教學(xué)內(nèi)容：將直流電變換成交流電的相應(yīng)電路稱之為逆變電路。在逆變電路中，如果把交流側(cè)接到交流電源上(電網(wǎng)或交流發(fā)電機(jī))，將直流電逆變成與交流電源同頻率的交流電饋送到電網(wǎng) 中去，稱為“有源逆變”，如果交流側(cè)不與交流電網(wǎng)連接，而直接與負(fù)載相連，將直流電逆 變成某一頻率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載，則稱為“無(wú)源逆變”，本節(jié)所介紹的逆變電路就是所謂的無(wú)源逆變電路。知識(shí)鏈接1電力變

2、流器換相方式電力變流器可以看成由多個(gè)電力半導(dǎo)體器件組合而成，它把交流電源變成直流而輸出， 或把直流電源變成交流而輸出等等，在輸人和輸出之間進(jìn)行波形變換。電力半導(dǎo)體器件可以用切斷和接通電流的開(kāi)關(guān)來(lái)表示。切換開(kāi)關(guān)的動(dòng)作有兩種，如圖4-10所示。圖4-10 (a)的動(dòng)作是電路電流i沒(méi)有向其他地方轉(zhuǎn)移，而是消失了，稱之為熄滅。圖4-10 (b)的動(dòng)作是電路電流i從a轉(zhuǎn)移到b,稱之為換相或換流。(a)(b)熄滅 圖7-1熄滅和換相(b)換相圖4-10熄滅和換相在實(shí)際電路中，換相是電流在半導(dǎo)體器件構(gòu)成的a、b兩個(gè)橋臂之間的轉(zhuǎn)移。為了把半導(dǎo)體器件a關(guān)斷，使電流轉(zhuǎn)移到器件 b，有時(shí)使用電網(wǎng)電源或負(fù)載等外部手段

3、來(lái)關(guān)斷a,有a。時(shí)靠a本身就具有的關(guān)斷能力來(lái)關(guān)斷，有時(shí)必須設(shè)置換相電路所產(chǎn)生的脈沖來(lái)強(qiáng)迫關(guān)斷 下面介紹幾種電力變流器的換相方式。1交流電網(wǎng)換相這種換相方式應(yīng)用于交流電網(wǎng)供電的電路中。由于電力半導(dǎo)體器件直接與交流電網(wǎng)相連，禾U用電網(wǎng)電壓自動(dòng)過(guò)零并變負(fù)的性能即可換相。如圖4-11所示的可控整流電路中，當(dāng)uv>uu以后，VT2即可使Vt1承受反向電壓而自動(dòng)關(guān)斷，這種換相方式簡(jiǎn)單，無(wú)需附加換相 電路。2、負(fù)載諧振式換相在由直流電源供電的晶閘管變流器中，由于晶閘管始終承受正向電壓，導(dǎo)通后便無(wú)法關(guān)斷，不可能實(shí)行電網(wǎng)換相必須采用負(fù)載換相或強(qiáng)迫換相。 負(fù)載諧振換相方式就是利用負(fù)載回路中電阻、電容和電 感

4、的振蕩特性，使負(fù)載電流超前電壓。這樣，當(dāng)退出換 相的晶閘管電流已下降到零時(shí)，負(fù)載電壓仍未反向，從 而使晶閘管承受一定時(shí)間的反向電壓而可靠的關(guān)斷。3、脈沖換相在直流電源供電的晶閘管變流器中，要使晶閘管強(qiáng) 迫關(guān)斷，必須使其正向電流下降到維持流以下，然后再4-11交流電網(wǎng)換相原理圖 加上反向電壓經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間 （關(guān)斷時(shí)間）后，使晶閘管再承受正向電壓時(shí)也不會(huì)導(dǎo)通才行。 這樣的換相要用換相電路所產(chǎn)生的脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，稱之為脈沖換相。4、器件換相在變流器中，若采用具有自關(guān)斷性能的全控型半導(dǎo)體器件，如可關(guān)斷晶閘管（GPO）、晶體管（GTR ）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（VMOS ）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT ）等。

5、這些半器件 都可以在其門極或基極或柵極上加關(guān)斷信號(hào)，使得導(dǎo)通的器件關(guān)斷。像這樣，不借助外部力量，又不需要復(fù)雜的換相電路，而是依靠器件本身的自關(guān)斷能力而進(jìn)行換相。知識(shí)鏈接2單相無(wú)源逆變電路根據(jù)交流電的相數(shù)，無(wú)源逆變電路有單相和三相之分，單相適用于小、中功率負(fù)載，三相適用于中、大功率負(fù)載。無(wú)源逆變電路也簡(jiǎn)稱逆變電路。圖4-12逆變電路工作原理逆變電路的基本原理可由圖4-12說(shuō)明如下：當(dāng)開(kāi)關(guān)元件1、4和2、3輪流切換通斷時(shí),則可將直流電壓 E變換為負(fù)載兩端的交流方波輸出電壓u。的頻率由開(kāi)關(guān)元件切換的頻率決定。本節(jié)主要介紹在感應(yīng)加熱爐的中頻電源上所采用的串聯(lián)諧振式和并聯(lián)諧振式逆變電路, 它們都屬于負(fù)載

6、換相式逆變電路。1、串聯(lián)諧振式逆變電路串聯(lián)諧振式逆變電路如圖4-13所示。其中R、L、C為負(fù)載的等效阻抗，C為補(bǔ)償電容，VD1VD4為反饋二極管。串聯(lián)逆變器的工作原理：在圖4-13的電路中，當(dāng)t=0時(shí)，對(duì)晶閘管 VT1和VT3加觸發(fā)脈沖，使之導(dǎo)通。電流的 路徑如圖4-14(a)所示。這時(shí)實(shí)際上是一個(gè)R-L-C的串聯(lián)電路。它的情況取決于電圖4-13串聯(lián)諧振式逆變電路路的參數(shù)，當(dāng) R>”L/C時(shí)，電路不振蕩。當(dāng)R=2VL/C時(shí)，電路為臨狀態(tài)。當(dāng)R2VL/C時(shí)，電路產(chǎn)生振蕩。圖 4-14使用串聯(lián)諧振式逆變器的電路L/R總是很大的，因而電路總是工作在振蕩狀態(tài).圖4-14( c)表示振蕩時(shí)的電容電

7、壓 uc和電流i o波形。電流是按正弦規(guī)律衰減振蕩的。電容C上的電壓是恒定電壓E和按余弦規(guī)律衰減的電壓波形之差。開(kāi)始時(shí)，由于uc很小，E迅速向電容器充電，i上升很快隨著uc的增加，i上升的速度減小，達(dá)到最大值后，其值開(kāi)始減小。在t2時(shí)刻，E=u=，但由于存在電感，電流不能立刻減至零，只能逐漸衰減下來(lái)。這時(shí)電感上的感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反。 在t2-t 3,階段，uc被E和ul繼續(xù)充電而上升，使uc>E。至t3時(shí)刻， i=0 ,晶體管VT1和VT3關(guān)斷。當(dāng)VT1和VT3關(guān)斷后，由于u?E電容器可通過(guò)二極管 VD1和VD4放電，如圖4-14 (b)所示。至t4時(shí)刻，放電完畢，電流再降到零。當(dāng)t

8、>t 4后，雖然E>uc, 但由于晶閘管已關(guān)斷，電路中不會(huì)再有電流。R, L ）并2、并聯(lián)諧振式逆變電路如圖4-15所示，如果補(bǔ)償電容與負(fù)載(等效為 聯(lián)，即構(gòu)成并聯(lián)諧振式逆變電路。并聯(lián)諧振式逆變器的工作原理：由于濾波電感Ld的作用，電流幾近似為恒值。當(dāng)晶閘圖4-15并聯(lián)諧振逆變電路管VT1、VT4導(dǎo)通時(shí)，io = Id,由A流向B。當(dāng)圖4-15并聯(lián)諧振逆變電路晶閘管VT2、VT3導(dǎo)通時(shí)，io=-|d，由B流向A。故負(fù)載電流io為一矩形波，如 圖4-16所示。而由于逆變器工作在近于諧振狀態(tài)，負(fù)載并聯(lián) 諧振圖4-16并聯(lián)諧振逆變 電路工作波形回路對(duì)于負(fù)載電流中接近負(fù)載諧振頻率的諧波分量呈現(xiàn)高阻抗，即這一諧波分量的電壓較高，其余諧波分量電壓都被衰減，所以負(fù)載兩端電壓Uab接近正弦波，如圖4-16 (b)所示。且負(fù)載品質(zhì)因數(shù)(Q =®L/R)越高，這種選頻特性越好，負(fù)載電壓越 接近正弦彼。為使逆變電路可靠換相，要求負(fù)載電壓Uab滯后于負(fù)載電流io,即RLC并聯(lián)回路要呈現(xiàn)容性。要負(fù)載呈容性，必須 3 L > 1/3