第5章 逆變電路

1、4-1第第5章章 逆變電路逆變電路 5.1 換流方式換流方式 5.2 電壓型逆變電路電壓型逆變電路 5.3 電流型逆變電路電流型逆變電路 5.4 多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路 本章小結(jié)本章小結(jié)4-2逆變的概念逆變的概念 與整流相對(duì)應(yīng)，與整流相對(duì)應(yīng)，直流電直流電變成變成交流電交流電。 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，為無源逆變無源逆變，本章主要講述無源逆變。，本章主要講述無源逆變。逆變與變頻逆變與變頻 變頻電路：分為變頻電路：分為交交變頻交交變頻和和交直交變頻交直交變頻兩種。兩種。 交直交變頻由交直變換（整流）和直交變

2、換兩部分組成，交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。后一部分就是逆變。逆變電路的逆變電路的主要應(yīng)用主要應(yīng)用 各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。 交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。4-3l 以以單相橋式逆變電路單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原為例說明最基本的工作原理理圖5-1 逆變電路及其波形舉例負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S S1 1SS4

3、 4是橋式電路的是橋式電路的4 4個(gè)臂，由電力電子器件及輔個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。助電路組成。4-4S1、S4閉合閉合，S2、S3斷開斷開時(shí)，負(fù)載時(shí)，負(fù)載電壓電壓uo為為正正。S1、S4斷開斷開，S2、S3閉合閉合時(shí)，時(shí)，負(fù)載電壓負(fù)載電壓uo為為負(fù)負(fù)。直流電交流電4-5逆變電路最基本的工作逆變電路最基本的工作原理原理 改變兩組開關(guān)改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出切換頻率，可改變輸出交流電頻率。交流電頻率。圖5-1 逆變電路及其波形舉例a)b)tuoiot1t2電阻負(fù)載電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流時(shí)，負(fù)載電流i io o和和u uo o的波形相同，相位也的波形相同，相位也相同。相同。阻感負(fù)載

4、阻感負(fù)載時(shí)，時(shí)，i io o相位滯后相位滯后于于u uo o，波形也不同。，波形也不同。4-6l換流換流電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱為的過程，也稱為換相換相。開通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開通。開通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開通。關(guān)斷：關(guān)斷：全控型器件可通過門極關(guān)斷。全控型器件可通過門極關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。一般一般在晶閘管電流過零后施加一定時(shí)間反壓，在晶閘管電流過零后施加一定時(shí)間反壓，才能關(guān)斷才能關(guān)斷。研究換流方式主要是研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷研究如何使器件

5、關(guān)斷。本章?lián)Q流及換流方式問題最為全面集中本章?lián)Q流及換流方式問題最為全面集中, ,因此安排在因此安排在本章集中講述。本章集中講述。4-71) 器件換流器件換流（Device Commutation）利用利用全控型器件全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。在采用在采用IGBT 、電力、電力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器等全控型器件的電路中的換流方式是件的電路中的換流方式是器件換流器件換流。2) 電網(wǎng)換流電網(wǎng)換流（Line Commutation）電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在

6、欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。不需要器件具有門極可關(guān)斷能力，但不適用于沒有交流不需要器件具有門極可關(guān)斷能力，但不適用于沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路。電網(wǎng)的無源逆變電路。3) 負(fù)載換流負(fù)載換流（Load Commutation）4) 強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流（Forced Commutation）4-8圖5-2 負(fù)載換流電路及其工作波形 由負(fù)載提供換流電壓的換流方式。由負(fù)載提供換流電壓的換流方式。負(fù)載電流的相位超前于負(fù)載電壓負(fù)載電流的相位超前于負(fù)載電壓的場(chǎng)合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流的場(chǎng)合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。如圖是基本的如圖是基本的負(fù)載換流負(fù)載換流電路，電路，4個(gè)個(gè)橋臂均由晶閘管組成。橋臂均由晶閘管組成。整個(gè)負(fù)載

7、工作在整個(gè)負(fù)載工作在接近并聯(lián)諧振狀接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性態(tài)而略呈容性。直流側(cè)串電感，工作過程可認(rèn)為直流側(cè)串電感，工作過程可認(rèn)為id 基本沒有脈動(dòng)。基本沒有脈動(dòng)。負(fù)載對(duì)基波的阻抗大而對(duì)諧波的負(fù)載對(duì)基波的阻抗大而對(duì)諧波的阻抗小。所以阻抗小。所以u(píng)o接近正弦波接近正弦波。注意注意觸發(fā)觸發(fā)VT2、VT3的時(shí)刻的時(shí)刻t t1必須必須在在uo o過零前并留有足夠的裕量，過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。才能使換流順利完成。?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT43) 負(fù)載換流負(fù)載換流4-94)強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流（Forced

8、 Commutation）由換流電路內(nèi)電容直接提供換流電壓直接耦合式強(qiáng)迫換流通過換流電路內(nèi)的電容和電感的耦合來提供換流電壓或換流電流電感耦合式強(qiáng)迫換流設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反壓或反電流的換流方式稱為施加反壓或反電流的換流方式稱為強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流。 通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來實(shí)現(xiàn)，因通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來實(shí)現(xiàn)，因此也稱為此也稱為電容換流電容換流。分類分類4-10直接耦合式直接耦合式強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流 當(dāng)晶閘管當(dāng)晶閘管VTVT處于通態(tài)時(shí)，處于通態(tài)時(shí)，預(yù)先給電容充電。當(dāng)預(yù)先給電容充電。當(dāng)S S合上，合上，就可使就可使VTVT

9、被施加反壓而關(guān)被施加反壓而關(guān)斷。斷。 也叫也叫電壓換流電壓換流。圖5-3直接耦合式強(qiáng)迫換流原理圖4-11圖5-4 電感耦合式強(qiáng)迫換流原理圖電感耦合式電感耦合式強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流 圖圖5-4a中晶閘管在中晶閘管在LC振振蕩蕩第一個(gè)半周期第一個(gè)半周期內(nèi)關(guān)斷，內(nèi)關(guān)斷，圖圖5-4b中晶閘管在中晶閘管在LC振振蕩蕩第二個(gè)半周期第二個(gè)半周期內(nèi)關(guān)斷，內(nèi)關(guān)斷，注意兩圖中電容所充的注意兩圖中電容所充的電壓極性不同。電壓極性不同。 在這兩種情況下，晶閘在這兩種情況下，晶閘管都是在正向電流減至管都是在正向電流減至零且二極管開始流過電零且二極管開始流過電流時(shí)關(guān)斷，二極管上的流時(shí)關(guān)斷，二極管上的管壓降就是加在晶閘管管壓降

10、就是加在晶閘管上的反向電壓。上的反向電壓。 也叫也叫電流換流電流換流。4-12換流方式總結(jié)：換流方式總結(jié)：器件換流器件換流適用于全控型器件。適用于全控型器件。其余三種方式其余三種方式針對(duì)晶閘管。針對(duì)晶閘管。器件換流和強(qiáng)迫換流器件換流和強(qiáng)迫換流屬于自換流。屬于自換流。電網(wǎng)換流和負(fù)載換流電網(wǎng)換流和負(fù)載換流屬于外部換流。屬于外部換流。當(dāng)電流不是從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移，而是在支路當(dāng)電流不是從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移，而是在支路內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱悖瑒t稱為內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱?，則稱為熄滅熄滅。4-131）逆變電路的分類逆變電路的分類 根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同電壓型逆變電路電壓

11、型逆變電路又稱為電壓源又稱為電壓源型逆變電路型逆變電路Voltage Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)是直流側(cè)是電壓源電壓源電流型逆變電路電流型逆變電路又稱為電流源又稱為電流源型逆變電路型逆變電路Current Source Type Inverter-CSTI直流側(cè)是直流側(cè)是電流源電流源4-142）電壓型逆變電路的特點(diǎn)電壓型逆變電路的特點(diǎn)圖5-5 電壓型全橋逆變電路 (1) (1)直流側(cè)為電壓源或直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本基本無脈動(dòng)無脈動(dòng)。 (2)(2)輸出電壓為矩形波輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同輸出電流因負(fù)載阻抗不同

12、而不同。而不同。 (3)(3)阻感負(fù)載時(shí)需提供阻感負(fù)載時(shí)需提供無功功率。為了給交流側(cè)無功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，提供通道，逆變橋各臂并逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管聯(lián)反饋二極管。4-15a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖圖5-6 單相半橋電壓型逆單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形變電路及其工作波形 半橋逆變電路半橋逆變電路 在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的的電容電容，兩個(gè)電容的，兩個(gè)電容的聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)點(diǎn)便成為直流電便成為直流電源的源的中點(diǎn)中點(diǎn)，負(fù)載聯(lián)

13、接在直流電源中點(diǎn)和兩，負(fù)載聯(lián)接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間。個(gè)橋臂聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間。 工作原理工作原理 設(shè)開關(guān)器件設(shè)開關(guān)器件V1和和V2的柵極信號(hào)在一的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。者互補(bǔ)。 輸出電壓輸出電壓uo為為矩形波矩形波，其幅值為，其幅值為Um=Ud/2。 電路帶電路帶阻感負(fù)載阻感負(fù)載，t2時(shí)刻給時(shí)刻給V1關(guān)斷關(guān)斷信號(hào)，給信號(hào)，給V2開通信號(hào)，則開通信號(hào)，則V1關(guān)斷，但感性關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流負(fù)載中的電流io不能立即改變方向，于是不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流，當(dāng)導(dǎo)通續(xù)流，當(dāng)t3時(shí)刻時(shí)刻io降零時(shí)，降零時(shí)，VD2截

14、止，截止，V2開通，開通，io開始反向，由此得出如圖所示開始反向，由此得出如圖所示的電流波形。的電流波形。 4-16a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖圖5-6 單相半橋電壓型逆單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形變電路及其工作波形 V1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，電感中貯能向直流側(cè)反饋。能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱為稱為反饋二極管反饋二極管,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，又稱連續(xù)的作

15、用，又稱續(xù)流二極管續(xù)流二極管。優(yōu)點(diǎn)是簡單，使用器件少；其缺優(yōu)點(diǎn)是簡單，使用器件少；其缺點(diǎn)是輸出交流電壓的幅值點(diǎn)是輸出交流電壓的幅值Um僅為僅為Ud/2，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，工作時(shí)還要控制兩個(gè)電容器電聯(lián)，工作時(shí)還要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡；因此，半橋電路常用于壓的均衡；因此，半橋電路常用于幾幾kW以下以下的小功率逆變電源。的小功率逆變電源。單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合。 4-17全橋逆變電路全橋逆變電路 共四個(gè)橋臂，可看成共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路兩個(gè)半橋電路組合而成。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

16、波形與半橋電路形狀相同，但幅值高出一倍。輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，但幅值高出一倍。 在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。 Ud的矩形波的矩形波uo展開成傅里葉級(jí)數(shù)得展開成傅里葉級(jí)數(shù)得tttUu5sin513sin31sin4do其中基波的幅值其中基波的幅值Uo1m和基波有效值和基波有效值Uo1分別為分別為 ddo1m27.14UUUdd1o9 . 022UUU圖圖5-5 全橋逆變電路全橋逆變電路 (5-1)(5-2)(5-3)4-18圖5-7 單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式a)t

17、OtOtOtOtOq qb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo移相調(diào)壓方式移相調(diào)壓方式 V3的基極信號(hào)比的基極信號(hào)比V1落后落后q q（0q q180）。）。V3、V4的柵極信號(hào)分別比的柵極信號(hào)分別比V2、V1的前移的前移180-q q。輸出電壓是正負(fù)各為。輸出電壓是正負(fù)各為q q的脈的脈沖。沖。 工作過程工作過程 t1時(shí)刻前時(shí)刻前V1和和V4導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=Ud。 t1時(shí)刻時(shí)刻V4截止，而因負(fù)載電感中的電流截止，而因負(fù)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)通續(xù)導(dǎo)通續(xù)流，流，uo=0。 t2時(shí)刻時(shí)刻V1截止，而截止，而V2不能立刻導(dǎo)

18、通，不能立刻導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通續(xù)流，和導(dǎo)通續(xù)流，和VD3構(gòu)成電流通道，構(gòu)成電流通道，uo=-Ud。 到負(fù)載電流過零并開始反向時(shí)，到負(fù)載電流過零并開始反向時(shí)，VD2和和VD3截止，截止，V2和和V3開始導(dǎo)通，開始導(dǎo)通，uo仍為仍為-Ud。 t3時(shí)刻時(shí)刻V3截止，而截止，而V4不能立刻導(dǎo)通，不能立刻導(dǎo)通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，導(dǎo)通續(xù)流，uo再次為零再次為零。 改變改變q q就可調(diào)節(jié)輸出電壓就可調(diào)節(jié)輸出電壓。4-19圖圖5-8 帶中心抽頭變帶中心抽頭變壓器的逆變電路壓器的逆變電路 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 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

19、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功能無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關(guān)器件一半開關(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。 4-20l 三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路l 應(yīng)用最廣的

20、是應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路三相橋式逆變電路圖5-9 三相電壓型橋式逆變電路4-21l 基本工作方式基本工作方式180導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式圖圖5-10電壓型三相橋式逆變電路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3每橋臂導(dǎo)電每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差角度差120 。任一瞬間有任一瞬間有三三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。每次換流都是在同一相上下兩臂每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為之間進(jìn)行，也稱為縱向換流

21、縱向換流。4-22波形分析波形分析負(fù)載各相到電源中點(diǎn)負(fù)載各相到電源中點(diǎn)N 的電壓：的電壓：U相，相，1通，通，uUN=Ud/2，4通，通，uUN=-=-Ud/2。負(fù)載線電壓負(fù)載線電壓 負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu圖圖5-10電壓型三相橋式逆變電路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud34-23負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓 (5-6)負(fù)載三相對(duì)稱時(shí)負(fù)載三相

22、對(duì)稱時(shí)有有uUN+uVN+uWN=0，于是，于是 (5-7)負(fù)載已知時(shí)，可由負(fù)載已知時(shí)，可由uUN波形求出波形求出iU波形。波形。一相上下兩橋臂間的換流過程和半橋電路相似。一相上下兩橋臂間的換流過程和半橋電路相似。橋臂橋臂1、3、5的電流相加可得直流側(cè)電流的電流相加可得直流側(cè)電流id的波形，的波形，id每每60脈動(dòng)脈動(dòng)一次，直流電壓基本無脈動(dòng)，因此一次，直流電壓基本無脈動(dòng)，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的送的功率是脈動(dòng)的，電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)。，電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)。防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件

23、同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源短路，應(yīng)采取短路，應(yīng)采取“先斷后通先斷后通” )(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu)(31 WN VN UNNNuuuu4-24電流型逆變電路主要電流型逆變電路主要特特點(diǎn)點(diǎn) (1) 直流側(cè)串大電感直流側(cè)串大電感，電流基，電流基 本無脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。本無脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。直流電源為電流源的逆直流電源為電流源的逆變電路稱為變電路稱為電流型逆變電流型逆變電路電路。圖5-11 電流型三相橋式逆變電路 (2) 交流輸出電流為矩形波交流輸出電流為矩形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位，與負(fù)載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位 因負(fù)載不同而不同。

24、因負(fù)載不同而不同。 (3)直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多。電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多。換流方式有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流。換流方式有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流。4-25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)電抗器電抗器，用來限，用來限制晶閘管開通時(shí)的制晶閘管開通時(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

25、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。圖圖5-12 單相橋式電流型單相橋式電流型（并聯(lián)諧振式）逆變電路（并聯(lián)諧振式）逆變電路 4-26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t

26、2時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)VT2和和VT3開開通，開始進(jìn)入換流階段。通，開始進(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)減小過程，流有一個(gè)減小過程，VT2和和VT3的電流也有一個(gè)增大過程。的電流也有一個(gè)增大過程。 圖圖5-13 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 4-27 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

27、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5-13 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 4-28t圖圖5-13 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)大應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間于晶閘

28、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過零前過零前t = t5- t2時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3，t 為觸發(fā)引前時(shí)為觸發(fā)引前時(shí)間間 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（弧度）可得22tt(4-16)(4-17)(4-18)4-29tOtOtOtOIdiViWuUVU圖5-14 電流型三相橋式逆變電路的輸出波形 圖5-11 電流型三相橋式逆變電路電路分析電路分析 基本工作方式是基本工作方式是120導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式，每個(gè)臂，每個(gè)臂一周期內(nèi)導(dǎo)電一周期內(nèi)導(dǎo)電120，每個(gè)時(shí)刻上下橋臂

29、組，每個(gè)時(shí)刻上下橋臂組各有一個(gè)臂導(dǎo)通。各有一個(gè)臂導(dǎo)通。 換流方式為換流方式為橫向換流橫向換流。波形分析波形分析 輸出電流波形和負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，正負(fù)脈輸出電流波形和負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，正負(fù)脈沖各沖各120的的矩形波矩形波。 輸出電流和三相橋整流帶大電感負(fù)載時(shí)輸出電流和三相橋整流帶大電感負(fù)載時(shí)的交流電流波形相同，諧波分析表達(dá)式也相的交流電流波形相同，諧波分析表達(dá)式也相同。同。 輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，大體大體為正弦波為正弦波，但疊加了一些脈沖。，但疊加了一些脈沖。4-30電壓型電壓型逆變電路的輸出電壓是矩形波，逆變電路的輸出電壓是矩形波，電流型電流型逆變電路的逆變電路的

30、輸出電流是矩形波，輸出電流是矩形波，矩形波矩形波中含有較多的中含有較多的諧波諧波，對(duì)負(fù)載會(huì)，對(duì)負(fù)載會(huì)產(chǎn)生不利影響。產(chǎn)生不利影響。 常常采用多重逆變電路把幾個(gè)矩形波組合起來，使之成為常常采用多重逆變電路把幾個(gè)矩形波組合起來，使之成為接近正弦波接近正弦波的波形。的波形。 也可以改變電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成多電平逆變電路，它能夠輸出也可以改變電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成多電平逆變電路，它能夠輸出較多的電平，從而使輸出電壓向正弦波靠近。較多的電平，從而使輸出電壓向正弦波靠近。 4-31l 電壓型電壓型逆變電路逆變電路輸出電壓是矩形波，輸出電壓是矩形波，l 電流型電流型逆變電路逆變電路輸出電流是矩形波，含有較輸出電流是矩形波，

31、含有較多諧波。多諧波。l 多重逆變電路多重逆變電路把幾個(gè)矩形波組合起來，把幾個(gè)矩形波組合起來，接近正弦接近正弦。l 多電平逆變電路多電平逆變電路輸出較多電平，使輸出輸出較多電平，使輸出接近正弦接近正弦。4-3212060180tOtOtO三次諧波三次諧波u1u2uo圖圖5-20 二重單相逆變電路二重單相逆變電路 圖圖5-21 二重逆變電路的工作波形二重逆變電路的工作波形 二重單相電壓型逆變電路二重單相電壓型逆變電路 兩個(gè)單相全橋逆變電路組成，輸兩個(gè)單相全橋逆變電路組成，輸出通過變壓器出通過變壓器T1和和T2串聯(lián)串聯(lián)起來。起來。 輸出波形輸出波形 兩個(gè)單相的輸出兩個(gè)單相的輸出u1和和u2是是18

32、0矩形波矩形波。 u1和和u2相位錯(cuò)開相位錯(cuò)開 =60,其中的其中的3次諧波就錯(cuò)開了次諧波就錯(cuò)開了360=180，變壓器，變壓器串聯(lián)合成后，串聯(lián)合成后，3次諧波互相抵消次諧波互相抵消，總輸，總輸出電壓中不含出電壓中不含3次諧波。次諧波。 uo波形是波形是120矩形波，含矩形波，含6k1次諧波次諧波，3k次諧波都被抵消。次諧波都被抵消。4-3312060180tOtOtO三次諧波三次諧波u1u2uo圖圖5-20 二重單相逆變電路二重單相逆變電路 圖圖5-21 二重逆變電路的工作波形二重逆變電路的工作波形 由此得出的一些結(jié)論由此得出的一些結(jié)論 把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來，使它們所含的某些主相位差組合起來，使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消，就可以得到較為要諧波分量相互抵消，就可以得到較為接近正弦波的波形。接近正弦波的波形。 多重逆變電路有多重逆變電路有串聯(lián)多重串聯(lián)多重和和并聯(lián)多并聯(lián)多重重兩種方式，電壓型逆變電路多用串聯(lián)兩種方式，電壓型逆變電路多用串聯(lián)多重方式，電流型逆變電路多用并聯(lián)多多重方式，電流型逆變電路多用并聯(lián)多重方式。重方式。 4-34tOtOtOtOtOtOt