逆變電路工作原理教學(xué)內(nèi)容

電壓型逆變(nìbiàn)電路工作原理第一頁，共18頁。引言(yǐnyán)■逆變的概念◆與整流相對應(yīng)，直流電變成交流電。◆交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變?！艚涣鱾?cè)接負載，為無源逆變，本章主要講述無源逆變?！瞿孀兣c變頻◆變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種?！艚恢苯蛔冾l由交直變換（整流）和直交變換兩部分(bùfen)組成，后一部分(bùfen)就是逆變?！瞿孀冸娐返闹饕獞?yīng)用◆各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。◆交流電機調(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(bùfen)都是逆變電路。第二頁，共18頁。7.1換流(huànliú)方式7.1.1逆變(nìbiàn)電路的基本工作原理7.1.2換流方式分類第三頁，共18頁。7.1.1逆變電路(diànlù)的基本工作原理■以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理(yuánlǐ)◆S1~S4是橋式電路的4個臂，由電力電子器件及輔助電路組成。

負載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2◆當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo為正；當(dāng)開關(guān)S1、S4斷開，S2、S3閉合時，uo為負，這樣就把直流電變成了交流電?！舾淖儍山M開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率?！綦娮柝撦d時，負載電流io和uo的波形(bōxínɡ)相同，相位也相同?！糇韪胸撦d時，io相位滯后于uo，波形(bōxínɡ)也不同。圖7-1逆變電路及其波形舉例

第四頁，共18頁。7.1.2換流(huànliú)方式分類■換流◆電流從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱為換相?！粞芯?yánjiū)換流方式主要是研究(yánjiū)如何使器件關(guān)斷。■換流方式分為以下幾種◆器件換流（DeviceCommutation）?利用全控型器件的自關(guān)斷能力進行換流。?在采用IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流?！綦娋W(wǎng)換流（LineCommutation）?電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。?將負的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。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。第五頁，共18頁。7.1.2換流(huànliú)方式分類a)uωtωtωtωtOOOOiit1b)ouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4圖7-2負載換流(huànliú)電路及其工作波形◆負載換流（LoadCommutation）?由負載提供換流電壓的換流方式。?負載電流的相位超前于負載電壓的場合，都可實現(xiàn)負載換流，如電容性負載和同步電動機。?圖7-2a是基本的負載換流逆變電路，整個負載工作在接近并聯(lián)(bìnglián)諧振狀態(tài)而略呈容性，直流側(cè)串大電感，工作過程可認為id基本沒有脈動?！特撦d對基波的阻抗大而對諧波的阻抗小，所以uo接近正弦波?！套⒁庥|發(fā)VT2、VT3的時刻t1必須在uo過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。第六頁，共18頁。7.1.2換流(huànliú)方式分類◆強迫換流（ForcedCommutation）?設(shè)置附加的換流電路(diànlù)，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流的換流方式稱為強迫換流。?通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)，因此也稱為電容換流。?分類√直接耦合式強迫換流：由換流電路(diànlù)內(nèi)電容直接提供換流電壓?！屉姼旭詈鲜綇娖葥Q流：通過換流電路(diànlù)內(nèi)的電容和電感的耦合來提供換流電壓或換流電流。?直接耦合式強迫換流√如圖4-3，當(dāng)晶閘管VT處于通態(tài)時，預(yù)先給電容充電。當(dāng)S合上，就可使VT被施加反壓而關(guān)斷?！桃步须妷簱Q流。圖7-3直接耦合式強迫(qiǎngpò)換流原理圖第七頁，共18頁。7.2電壓型逆變(nìbiàn)電路7.2.1單相電壓型逆變(nìbiàn)電路7.2.2三相電壓型逆變(nìbiàn)電路第八頁，共18頁。7.2.1單相電壓型逆變(nìbiàn)電路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖7-6單相半橋電壓型逆變電路及其工作(gōngzuò)波形■半橋逆變電路◆在直流側(cè)接有兩個相互串聯(lián)的足夠大的電容，兩個電容的聯(lián)結(jié)點便成為直流電源的中點，負載聯(lián)接在直流電源中點和兩個橋臂聯(lián)結(jié)點之間?！艄ぷ髟?yuánlǐ)?設(shè)開關(guān)器件V1和V2的柵極信號在一個周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補。?輸出電壓uo為矩形波，其幅值為Um=Ud/2。?電路帶阻感負載，t2時刻給V1關(guān)斷信號，給V2開通信號，則V1關(guān)斷，但感性負載中的電流io不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流，當(dāng)t3時刻io降零時，VD2截止，V2開通，io開始反向，由此得出如圖所示的電流波形。第九頁，共18頁。7.2.1單相電壓型(yāxínɡ)逆變電路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖7-6單相半橋電壓型逆變電路(diànlù)及其工作波形?V1或V2通時，io和uo同方向，直流側(cè)向負載提供能量；VD1或VD2通時，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱為反饋二極管,它又起著使負載電流連續(xù)的作用(zuòyòng)，又稱續(xù)流二極管?！魞?yōu)點是簡單，使用器件少；其缺點是輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud/2，且直流側(cè)需要兩個電容器串聯(lián)，工作時還要控制兩個電容器電壓的均衡；因此，半橋電路常用于幾kW以下的小功率逆變電源。第十頁，共18頁。7.2.1單相電壓型(yāxínɡ)逆變電路■全橋逆變電路◆共四個橋臂，可看成兩個半橋電路組合而成。◆兩對橋臂交替導(dǎo)通180°?！糨敵鲭妷汉碗娏鞑ㄐ闻c半橋電路形狀相同，但幅值高出一倍。◆在這種情況下，要改變(gǎibiàn)輸出交流電壓的有效值只能通過改變(gǎibiàn)直流電壓Ud來實現(xiàn)。◆Ud的矩形波uo展開成傅里葉級數(shù)得其中基波(jībō)的幅值Uo1m和基波(jībō)有效值Uo1分別為圖7-5全橋逆變電路

第十一頁，共18頁。7.2.1單相電壓型逆變(nìbiàn)電路a)b)圖7-7單相全橋逆變(nìbiàn)電路的移相調(diào)壓方式◆移相調(diào)壓方式?V3的基極(jījí)信號比V1落后（0＜＜180°）。V3、V4的柵極信號分別比V2、V1的前移180°-。輸出電壓是正負各為的脈沖。?工作過程√t1時刻前V1和V4導(dǎo)通，uo=Ud?！蘴1時刻V4截止，而因負載電感中的電流io不能突變，V3不能立刻導(dǎo)通，VD3導(dǎo)通續(xù)流，uo=0?！蘴2時刻V1截止，而V2不能立刻導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通續(xù)流，和VD3構(gòu)成電流通道，uo=-Ud。√到負載電流過零并開始反向時，VD2和VD3截止，V2和V3開始導(dǎo)通，uo仍為-Ud?！蘴3時刻V3截止，而V4不能立刻導(dǎo)通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，uo再次為零。?改變就可調(diào)節(jié)輸出電壓。第十二頁，共18頁。7.2.2三相電壓型逆變(nìbiàn)電路■三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路?！鋈鄻蚴侥孀冸娐贰艋竟ぷ鞣绞绞?80°導(dǎo)電方式?！敉幌啵赐话霕颍┥舷聝杀劢惶?jiāotì)導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120°，任一瞬間有三個橋臂同時導(dǎo)通?！裘看螕Q流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。圖7-9三相電壓型橋式逆變(nìbiàn)電路假想中點第十三頁，共18頁。7.2.2三相電壓型逆變(nìbiàn)電路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3圖7-10電壓型三相(sānxiānɡ)橋式逆變電路的工作波形■工作(gōngzuò)波形◆對于U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時，uUN’=Ud/2，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時，uUN’=-Ud/2，uUN’的波形是幅值為Ud/2的矩形波，V、W兩相的情況和U相類似。◆負載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式求出◆負載各相的相電壓分別為

第十四頁，共18頁。7.2.2三相電壓型逆變(nìbiàn)電路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3圖7-10電壓型三相(sānxiānɡ)橋式逆變電路的工作波形◆把上面(shàngmiɑn)各式相加并整理可求得設(shè)負載為三相對稱負載，則有uUN+uVN+uWN=0，故可得

◆負載參數(shù)已知時，可以由uUN的波形求出U相電流iU的波形，圖7-10g給出的是阻感負載下時iU的波形。

◆把橋臂1、3、5的電流加起來，就可得到直流側(cè)電流id的波形，如圖7-10h所示，可以看出id每隔60°脈動一次。

第十五頁，共18頁。7.2.2三相電壓型逆變(nìbiàn)電路■基本(jīběn)的數(shù)量關(guān)系◆把輸出線電壓uUV展開成傅里葉級數(shù)得式中，，k為自然數(shù)?！糨敵?shūchū)線電壓有效值UUV為其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分別為第十六頁，共18頁。7.2.2三相電壓型逆變(nìbiàn)電路◆把uUN展開(zhǎnkāi)成傅里葉級數(shù)得

式中，，k為自然數(shù)?！糌撦d(fùzài)相電壓有效值UUN為

其中基波幅值UUN1m和基波有效值UUN1分別為■為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。

第十七頁，共18頁。UUV7=2Ud/（3.14×7×）=22.3（V）

7.2.2