第4章 逆變電路(1)

1、1濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16第四章第四章直流直流/ /交流逆變器交流逆變器復(fù)習(xí)上節(jié)內(nèi)容復(fù)習(xí)上節(jié)內(nèi)容1. 光伏電池原理光伏電池原理2. 光伏電池的數(shù)學(xué)模型（技術(shù)參數(shù)）光伏電池的數(shù)學(xué)模型（技術(shù)參數(shù)）3. 光伏電池的轉(zhuǎn)換效率及其影響因素光伏電池的轉(zhuǎn)換效率及其影響因素4. 熱斑現(xiàn)象及多峰現(xiàn)象熱斑現(xiàn)象及多峰現(xiàn)象5. 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1） 集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)2） 交流模塊式結(jié)構(gòu)交流模塊式結(jié)構(gòu)3） 串型結(jié)構(gòu)串型結(jié)構(gòu)4）多支路結(jié)構(gòu)（串、并聯(lián)）多支路結(jié)構(gòu)（串、并聯(lián)）5）主從結(jié)構(gòu)主從結(jié)構(gòu)6）直流模塊式結(jié)構(gòu)直流模塊式結(jié)構(gòu)2濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022

2、-5-16第四章第四章直流直流/ /交流逆變器交流逆變器4.1 逆變電路的基本工作原理逆變電路的基本工作原理 交流側(cè)接電網(wǎng)，為交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變有源逆變。交流側(cè)接負(fù)載，為交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變無(wú)源逆變。一、逆變的概念一、逆變的概念逆變逆變與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電。與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電。3濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16以以單相橋式逆變電路單相橋式逆變電路為例說(shuō)明最基本的工作原理為例說(shuō)明最基本的工作原理tuo負(fù)載S1S2S3S4iouoUdS1-S4是橋式電路的是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。輔助電路組成。tio電

3、阻負(fù)載電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流時(shí)，負(fù)載電流io和和uo的波形相同，相位也相同。的波形相同，相位也相同。4濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 阻感負(fù)載阻感負(fù)載時(shí)，時(shí)，io相位滯后于相位滯后于uo，波形也不同。，波形也不同。tUoiot1t2 如圖所示電壓型逆變器直流側(cè)采用足夠容量的電容如圖所示電壓型逆變器直流側(cè)采用足夠容量的電容濾波，因此濾波，因此直流側(cè)電壓基本不變直流側(cè)電壓基本不變， 逆變器的輸出逆變器的輸出電壓為幅值與直流電壓幅值相等的電壓為幅值與直流電壓幅值相等的方波電壓方波電壓。n其輸出電流波形取決于負(fù)載對(duì)方波電壓的響應(yīng)其輸出電流波形取決于負(fù)載對(duì)方波電壓的響應(yīng)5濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)

4、院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 若考慮到負(fù)載的若考慮到負(fù)載的無(wú)功無(wú)功緩沖緩沖，則所用開(kāi)關(guān)管，則所用開(kāi)關(guān)管必須必須具有電流雙向流具有電流雙向流通的能力通的能力，為此可采，為此可采用單向功率管反向并用單向功率管反向并聯(lián)聯(lián)續(xù)流二極管續(xù)流二極管的組合的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的電流雙向流通特性。雙向流通特性。6濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16二、逆變器的類(lèi)型二、逆變器的類(lèi)型1. 1. 依據(jù)直流電源的特性不同可分為：依據(jù)直流電源的特性不同可分為： 電壓型逆變器電壓型逆變器VSI VSI 電流型逆變器電流型逆變器CSI CSI 逆變器中直流側(cè)必須設(shè)置逆變器中直流側(cè)必須設(shè)置

5、儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能元件，如，如電感元電感元件件和和電容元件電容元件。 儲(chǔ)能元件的儲(chǔ)能元件的作用作用：直流側(cè)的：直流側(cè)的濾波濾波作用；作用；緩沖緩沖負(fù)負(fù)載的無(wú)功能量。載的無(wú)功能量。7濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 當(dāng)逆變器直流側(cè)設(shè)置當(dāng)逆變器直流側(cè)設(shè)置電容元件電容元件且電容容量足且電容容量足夠大時(shí)，此時(shí)由于直流側(cè)的低輸出阻抗，因而夠大時(shí)，此時(shí)由于直流側(cè)的低輸出阻抗，因而呈現(xiàn)出呈現(xiàn)出電壓源特性。電壓源特性。 當(dāng)逆變器直流側(cè)設(shè)置當(dāng)逆變器直流側(cè)設(shè)置電感元件電感元件且電感值足夠大且電感值足夠大時(shí)，此時(shí)由于直流側(cè)的高輸出阻抗，因而呈現(xiàn)出時(shí)，此時(shí)由于直流側(cè)的高輸出阻抗，因而呈現(xiàn)出電流源特性電流源

6、特性。 8濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 單相半橋單相半橋 單相全橋單相全橋 推挽逆變推挽逆變 2. 按逆變器電路結(jié)構(gòu)不同分為：按逆變器電路結(jié)構(gòu)不同分為：3. . 按開(kāi)關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式不同可分為：按開(kāi)關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式不同可分為：半控型逆變器半控型逆變器全控型逆變器全控型逆變器4. 按逆變器按逆變器輸出波形輸出波形的不同逆變器可分為：的不同逆變器可分為：方波逆變器方波逆變器階梯波逆變器階梯波逆變器正弦波逆變器正弦波逆變器9濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-165. 按逆變器輸出頻率的不同逆變器可分為：按逆變器輸出頻率的不同逆變器可分為：工頻逆變器工

7、頻逆變器中頻逆變器中頻逆變器高頻逆變器高頻逆變器6. 按逆變器輸出交流電的按逆變器輸出交流電的相數(shù)相數(shù)的不同逆變器可分為：的不同逆變器可分為：?jiǎn)蜗嗄孀兤鲉蜗嗄孀兤魅嗄孀兤魅嗄孀兤鞫嘞嗄孀兤鞫嘞嗄孀兤鲀呻娖侥孀兤鲀呻娖侥孀兤鞫嚯娖侥孀兤鞫嚯娖侥孀兤?. 按逆變器按逆變器輸出電平輸出電平的不同逆變器可分為：的不同逆變器可分為：10濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-164.2 電壓型逆變器（電壓型逆變器（VSI）電壓型逆變器有以下電壓型逆變器有以下主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：1. 直流側(cè)有直流側(cè)有足夠大的儲(chǔ)能電容足夠大的儲(chǔ)能電容元件，直流側(cè)呈現(xiàn)出元件，直流側(cè)呈現(xiàn)出電壓源特性。電壓源特性。2.

8、 逆變器輸出電壓波形為逆變器輸出電壓波形為方波方波或或方波脈沖方波脈沖，該波形，該波形與負(fù)載無(wú)關(guān)。與負(fù)載無(wú)關(guān)。3. 逆變器輸出的逆變器輸出的電流波形電流波形則取決于則取決于負(fù)載負(fù)載，且輸出電，且輸出電流的流的相位相位隨負(fù)載隨負(fù)載功率因數(shù)功率因數(shù)的變化而變化。的變化而變化。11濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-164.2.1 電壓型方波逆變器電壓型方波逆變器1.電壓型單相方波逆變器電壓型單相方波逆變器a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD21） 電壓型單相半橋方波逆變器電壓型單相半橋方波逆變器工作原理工作原理V1和和V2

9、柵極信號(hào)在一周柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓電壓uo為矩形波，幅值為為矩形波，幅值為Um=Ud/2。12濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16V1或或V2通時(shí)，通時(shí)，io和和uo同方向，同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或或VD2通時(shí)，通時(shí)，io和和uo反向，反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。電感中貯能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱(chēng)為稱(chēng)為反饋二極反饋二極管管,它又起著使負(fù)載電流它又起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱(chēng)連續(xù)的作用，又稱(chēng)續(xù)流二續(xù)流二極管極管。a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2

10、t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD213濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-162) 全橋逆變電路全橋逆變電路共四個(gè)橋臂，可看成兩共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路組合而成。個(gè)半橋電路組合而成。兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180。輸出電壓和電流波形與輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，幅半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。值高出一倍。改變輸出交流電壓的有改變輸出交流電壓的有效值只能通過(guò)改變直流效值只能通過(guò)改變直流電壓電壓Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。14濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-163) 全橋逆變電路的全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式移相調(diào)壓方式 utOtOtO

11、tOtO b)G1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo V3的基極信號(hào)比的基極信號(hào)比V1落后落后 （0 180）。）。V3、V4的的柵極信號(hào)分別比柵極信號(hào)分別比V2、V1的前的前移移180- 。輸出電壓是正負(fù)。輸出電壓是正負(fù)各為各為 的脈沖。的脈沖。 工作過(guò)程工作過(guò)程t1時(shí)刻前時(shí)刻前V1和和V4導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=Ud。15濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-163) 全橋逆變電路的全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式移相調(diào)壓方式 utOtOtOtOtO b)G1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo工作過(guò)程；工作過(guò)程； t1時(shí)刻時(shí)刻V4截止，而因負(fù)截止，而因負(fù)載電感中的電流

12、載電感中的電流io不能突變，不能突變，V3不能立刻導(dǎo)通，不能立刻導(dǎo)通，VD3導(dǎo)通導(dǎo)通續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 t2時(shí)刻時(shí)刻V1截止，而截止，而V2不不能立刻導(dǎo)通，能立刻導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通續(xù)流，導(dǎo)通續(xù)流，和和VD3構(gòu)成電流通道，構(gòu)成電流通道，uo=-Ud。16濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-163) 全橋逆變電路的全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式移相調(diào)壓方式 utOtOtOtOtO b)G1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo工作過(guò)程：工作過(guò)程：到負(fù)載電流過(guò)零并開(kāi)始反向時(shí)，到負(fù)載電流過(guò)零并開(kāi)始反向時(shí)，VD2和和VD3截止，截止，V2和和V3開(kāi)始導(dǎo)開(kāi)始導(dǎo)通，通，uo仍為仍為-Ud。

13、t3時(shí)刻時(shí)刻V3截止，而截止，而V4不能不能立刻導(dǎo)通，立刻導(dǎo)通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，導(dǎo)通續(xù)流，uo再再次為零次為零。 改變改變 就可調(diào)節(jié)輸出電壓就可調(diào)節(jié)輸出電壓。17濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 帶中心抽頭變壓器帶中心抽頭變壓器的逆變電路的逆變電路 交替驅(qū)動(dòng)交替驅(qū)動(dòng)兩個(gè)兩個(gè)IGBT，經(jīng)變壓器耦，經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載加上矩形波交流電壓。合給負(fù)載加上矩形波交流電壓。 兩個(gè)二極管的作用也是提供兩個(gè)二極管的作用也是提供無(wú)功能無(wú)功能量的反饋通道量的反饋通道。 Ud和負(fù)載參數(shù)相同，變壓器匝比和負(fù)載參數(shù)相同，變壓器匝比為為1：1：1時(shí)，時(shí)，uo和和io波形及幅值與全橋波形及幅值與全橋逆變電路

14、完全相同。逆變電路完全相同。 與全橋電路相比較與全橋電路相比較 比全橋電路少用比全橋電路少用一半開(kāi)關(guān)器件一半開(kāi)關(guān)器件。 器件承受的電壓為器件承受的電壓為2Ud，比全橋，比全橋電路高一倍。電路高一倍。 必須有一個(gè)必須有一個(gè)變壓器變壓器。 4）帶中心抽頭變壓器的逆變電路）帶中心抽頭變壓器的逆變電路18濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-164.2.2 電壓型階梯波逆變器電壓型階梯波逆變器 電壓型階梯波逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)種類(lèi)主要包電壓型階梯波逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)種類(lèi)主要包括：括：變壓器移相疊加變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、級(jí)聯(lián)移相疊加級(jí)聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)以及以及多電平多電平結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 多電平結(jié)構(gòu)的

15、電壓型階梯波逆變器多電平結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器雖然與階梯波一樣，但習(xí)慣上稱(chēng)其為雖然與階梯波一樣，但習(xí)慣上稱(chēng)其為多電平，并且電平數(shù)為其波峰到波谷多電平，并且電平數(shù)為其波峰到波谷所包含的階梯數(shù)。所包含的階梯數(shù)。19濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16三電平逆變器工作原理三電平逆變器工作原理 直流側(cè)電壓通過(guò)兩個(gè)串直流側(cè)電壓通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)的分壓電容、將電聯(lián)的分壓電容、將電壓分為三個(gè)等級(jí)，將壓分為三個(gè)等級(jí)，將兩個(gè)電容串聯(lián)的中點(diǎn)兩個(gè)電容串聯(lián)的中點(diǎn)定義為中性點(diǎn)定義為中性點(diǎn)n。 每一相需要每一相需要4個(gè)功率開(kāi)關(guān)個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，管，4個(gè)續(xù)流二極管，個(gè)續(xù)流二極管，兩個(gè)兩個(gè)箝位二極管箝位二極管。20濟(jì)南

16、大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16三電平逆變器工作原理三電平逆變器工作原理 其實(shí)每一相所需的開(kāi)其實(shí)每一相所需的開(kāi)關(guān)器件個(gè)數(shù)為關(guān)器件個(gè)數(shù)為2(n-1)、箝位二極管個(gè)數(shù)為箝位二極管個(gè)數(shù)為2(n-2)、直流分壓電容、直流分壓電容個(gè)數(shù)為個(gè)數(shù)為n-1，其中，其中n為為電平數(shù)。電平數(shù)。21濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 箝位二極管箝位二極管能在中間兩能在中間兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)把電個(gè)功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)把電平箝在零電位，同時(shí)在開(kāi)平箝在零電位，同時(shí)在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)提供電流通道關(guān)管導(dǎo)通時(shí)提供電流通道防止電容短路。防止電容短路。 其中每一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管其中每一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管承受正向阻斷電壓

17、為承受正向阻斷電壓為V Vdcdc/2/222濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 所謂三電平是指逆變所謂三電平是指逆變器交流側(cè)每相輸出電器交流側(cè)每相輸出電壓相對(duì)于直流側(cè)電壓壓相對(duì)于直流側(cè)電壓有三種可能的取值，有三種可能的取值，即：正電壓、零電平即：正電壓、零電平和負(fù)電壓。和負(fù)電壓。 以以A相為例，電容相為例，電容C1、C2為變換電路提供為變換電路提供2個(gè)個(gè)相同的直流電壓，二相同的直流電壓，二極管極管Da1、Da2用于電用于電平箝位。平箝位。 中點(diǎn)箝位式三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 23濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 當(dāng)同時(shí)開(kāi)通當(dāng)同時(shí)開(kāi)通Sa1、Sa2 ，關(guān)斷關(guān)斷Sa

18、3、Sa4時(shí)，在逆時(shí)，在逆變電路輸出端可以獲得變電路輸出端可以獲得一個(gè)正電壓一個(gè)正電壓Vdc/2； 中點(diǎn)箝位式三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 同時(shí)開(kāi)通同時(shí)開(kāi)通Sa2、Sa3 ，關(guān)，關(guān)斷斷Sa1、Sa4時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓為為0； 同時(shí)開(kāi)通同時(shí)開(kāi)通Sa3、Sa4 ，關(guān)斷關(guān)斷Sa1、Sa2時(shí)，可在時(shí)，可在輸出端得到一個(gè)負(fù)電輸出端得到一個(gè)負(fù)電壓壓-Vdc/2 。 24濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 從中點(diǎn)箝位式三電平逆變器動(dòng)態(tài)工作過(guò)程可以看出從中點(diǎn)箝位式三電平逆變器動(dòng)態(tài)工作過(guò)程可以看出:n開(kāi)關(guān)狀態(tài)開(kāi)關(guān)狀態(tài)A和和0間、間、0和和B間可以相互自由過(guò)度，間可以相互自由過(guò)度，A和和B間不能直接

19、過(guò)度，必須通過(guò)中間狀態(tài)間不能直接過(guò)度，必須通過(guò)中間狀態(tài)0來(lái)過(guò)度，不允許輸來(lái)過(guò)度，不允許輸出電位的跳變；出電位的跳變；n對(duì)主開(kāi)關(guān)器件控制脈沖是有嚴(yán)格要求的，每一相總是對(duì)主開(kāi)關(guān)器件控制脈沖是有嚴(yán)格要求的，每一相總是相鄰的兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通，其它兩個(gè)器件關(guān)斷，以防止相鄰的兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通，其它兩個(gè)器件關(guān)斷，以防止同一橋臂短路。即：同一橋臂短路。即：Sa1與與Sa3，Sa2與與Sa4的驅(qū)動(dòng)脈沖都要的驅(qū)動(dòng)脈沖都要求是互補(bǔ)的，同時(shí)每一對(duì)主開(kāi)關(guān)器件要遵循先斷后通的求是互補(bǔ)的，同時(shí)每一對(duì)主開(kāi)關(guān)器件要遵循先斷后通的原則，即在脈沖中必須加入死區(qū)時(shí)間；原則，即在脈沖中必須加入死區(qū)時(shí)間；n為了保證主電路開(kāi)關(guān)器件的安全工

20、作，必須使調(diào)制成為了保證主電路開(kāi)關(guān)器件的安全工作，必須使調(diào)制成的脈沖波有最小脈寬和最小間歇寬度的限制，以保證最的脈沖波有最小脈寬和最小間歇寬度的限制，以保證最小脈沖寬度大于開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，最小脈沖間歇寬小脈沖寬度大于開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，最小脈沖間歇寬度大于開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間。度大于開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間。三電平逆變器的控制要求三電平逆變器的控制要求25濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-1626濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16E /4NiaibicE /4PE /4ABCE /4OTa 2Da 2Tc 2Dc 2Tb 2Db 2Ta 1Da 1Tb 1Db 1Tc

21、1Dc 1Ta 3Tb 3Tc 3Da 3Db 3Dc 3Dc 8Ta 8Da 8Tb 8Db 8Tc 8Dc 7Ta 7Da 7Tb 7Db 7Tc 7Dc 6Ta 6Da 6Tb 6Db 6Tc 6Dc 5Ta 5Da 5Tb 5Db 5Tc 5Ta 4Da 4Tb 4Db 4Tc 4Dc 4五電平逆變器五電平逆變器27濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16但是隨著電平數(shù)的增加，直流側(cè)串聯(lián)電容也是但是隨著電平數(shù)的增加，直流側(cè)串聯(lián)電容也是隨之增加，因此還要考慮各電容電壓之間的平衡隨之增加，因此還要考慮各電容電壓之間的平衡問(wèn)題，這也是多電平逆變電路發(fā)展中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，這也是多電平

22、逆變電路發(fā)展中的一個(gè)難點(diǎn)，和研究的關(guān)鍵點(diǎn)。，和研究的關(guān)鍵點(diǎn)。那么采用什么方法來(lái)控制這些逆變電路中的開(kāi)那么采用什么方法來(lái)控制這些逆變電路中的開(kāi)關(guān)管的通斷，使得輸出接近正弦波，目前常用的關(guān)管的通斷，使得輸出接近正弦波，目前常用的方法就是方法就是PWM控制方法?？刂品椒ā?8濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-164.3 電流型逆變電路電流型逆變電路直流電源為直流電源為電流源電流源的逆變電路稱(chēng)為電流型逆變電路。的逆變電路稱(chēng)為電流型逆變電路。 電流型逆變電路主要特點(diǎn)：電流型逆變電路主要特點(diǎn)：1. 直流側(cè)串直流側(cè)串大電感大電感，電流基本無(wú)脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。，電流基本無(wú)脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。2.

23、 交流輸出電流為交流輸出電流為矩形波矩形波，與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)，輸，與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。3. 直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，不必給開(kāi)關(guān)器直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，不必給開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)二極管。件反并聯(lián)二極管。 4. 電流型逆變電路中，采用電流型逆變電路中，采用半控型器件半控型器件的電路仍應(yīng)的電路仍應(yīng)用較多，換流方式有用較多，換流方式有負(fù)載換流負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流。29濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16電路分析電路分析 由四個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂的由四個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個(gè)晶閘管各串聯(lián)一個(gè)

24、電抗器電抗器，用來(lái)限，用來(lái)限制晶閘管開(kāi)通時(shí)的制晶閘管開(kāi)通時(shí)的di/dt。 采用采用負(fù)載換相負(fù)載換相方式工作的，要方式工作的，要求負(fù)載電流略超前于負(fù)載電壓，即求負(fù)載電流略超前于負(fù)載電壓，即負(fù)載略呈負(fù)載略呈容性容性。 電容電容C和和L 、R構(gòu)成構(gòu)成并聯(lián)諧振電并聯(lián)諧振電路路。 輸出電流波形接近輸出電流波形接近矩形波矩形波，含，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波。小于基波。單相橋式電流型（并聯(lián)諧單相橋式電流型（并聯(lián)諧振式）逆變電路振式）逆變電路 30濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16工作波形分析工作波形分析 在交流電流的一個(gè)周期內(nèi)，在交流電流的一個(gè)周

25、期內(nèi)，有有兩個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)通階段兩個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)通階段和和兩個(gè)換兩個(gè)換流階段流階段。 t1t2：VT1和和VT4穩(wěn)定導(dǎo)通穩(wěn)定導(dǎo)通階段，階段，io=Id，t2時(shí)刻前在時(shí)刻前在C上建上建立了立了左正右負(fù)左正右負(fù)的電壓。的電壓。 在在t2時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)VT2和和VT3開(kāi)開(kāi)通，開(kāi)始進(jìn)入換流階段。通，開(kāi)始進(jìn)入換流階段。 由于換流由于換流電抗器電抗器LT的作用，的作用， VT1 和和VT4不能立刻關(guān)斷，其電不能立刻關(guān)斷，其電流有一個(gè)減小過(guò)程，流有一個(gè)減小過(guò)程，VT2和和VT3的電流也有一個(gè)增大過(guò)程。的電流也有一個(gè)增大過(guò)程。 圖圖4-13 并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形 31濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南

26、大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16 4個(gè)晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù)個(gè)晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù) 載電容電壓經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的放載電容電壓經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的放 電回路同時(shí)放電。電回路同時(shí)放電。 一個(gè)回路是經(jīng)一個(gè)回路是經(jīng)LT1、 VT1、VT3、LT3回到回到 電容電容C。 另一個(gè)回路是經(jīng)另一個(gè)回路是經(jīng)LT2、 VT2、VT4、LT4回到回到 電容電容C。當(dāng)當(dāng)t=t4時(shí)，時(shí)，VT1、VT4電流減電流減至零而關(guān)斷，直流側(cè)電流至零而關(guān)斷，直流側(cè)電流Id全部從全部從VT1、VT4轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到VT2、VT3，換流階段結(jié)束換流階段結(jié)束。圖圖4-13 并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形 32濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院

27、2022-5-16t圖圖4-13 并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形 晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，斷能力，t4時(shí)刻換流結(jié)束后還要使時(shí)刻換流結(jié)束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時(shí)間承受一段反壓時(shí)間t ，t= t5- t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq。為保證可靠換流應(yīng)在為保證可靠換流應(yīng)在uo過(guò)零前過(guò)零前t = t5- t2時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3，t 為觸發(fā)引為觸發(fā)引前時(shí)間前時(shí)間 tttio超前于超前于uo的時(shí)間的時(shí)間 （負(fù)載的功率因數(shù)角負(fù)載的功率因數(shù)角） ttt2把把t 表示為電角度表示為電角度 （弧度）可得（

28、弧度）可得22tt33濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16基本的數(shù)量關(guān)系基本的數(shù)量關(guān)系 io展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)可得展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)可得 tttIi5sin513sin31sin4do負(fù)載電壓有效值負(fù)載電壓有效值Uo和直流電壓和直流電壓Ud的關(guān)系的關(guān)系 其基波電流有效值其基波電流有效值Io1為為 dd1o9 .024III2cos)2cos(22cos)cos(2dsin21d1oo)(o)(dUUttUtuUABcos11. 1cos22ddoUUU34濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-16作業(yè)：作業(yè)： 什么是電壓型逆變電路？什么是電什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有何特點(diǎn)？流型逆變電路？二者各有何特點(diǎn)？35濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-1636濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院2022-5-164.2 換流方式換流方式 換流換流: 電