電力電子技術(shù)基礎(chǔ)17-交流變頻

FundamentalsofPowerElectronicsTechnology電力電子技術(shù)基礎(chǔ)第三部分電力電子變換電路6第7章變頻電路——相關(guān)概念逆變概念逆變——與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變逆變與變頻變頻電路：交交變頻和交直交變頻兩種交直交變頻由交直變換和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變★逆變器的分類(lèi)：輸出頻率：工頻、中頻、高頻（20kHz∧）相數(shù)：?jiǎn)蜗?、三相能量流向：有源、無(wú)源電源類(lèi)型：電壓源型VSI、電流源型CSI電路結(jié)構(gòu)：半橋、全橋、推挽、單管換流方式：負(fù)載換流式、硬開(kāi)關(guān)式、諧振式按——逆變器——逆變電路的應(yīng)用蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池等直流電源向交流負(fù)載供電時(shí)，需要逆變電路交流電機(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7.1交直交電壓型逆變電路(1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)。(2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。

——電壓型逆變電路(3)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)，需提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管（與全控器件反并聯(lián)構(gòu)成逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)）?！妷盒腿珮蚰孀冸娐窐虮?和4作為一對(duì)，橋臂2和3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180°;V1,4和V2,3柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)u圖單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2工作原理V1和V2柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓uo為正負(fù)對(duì)稱(chēng)1800矩形波，幅值為Um=Ud/2。V1或V2通時(shí)，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或VD2通時(shí)，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱(chēng)為反饋二極管,它又起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱(chēng)續(xù)流二極管?！妷盒桶霕蚰孀冸娐穬?yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，使用器件少。缺點(diǎn)：輸出交流電壓幅值為Ud/2，且直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。應(yīng)用：用于幾kW以下的小功率逆變電源。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?！妷盒腿鄻蚴侥孀冸娐啡齻€(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路可看成由三個(gè)半橋逆變電路組成1、180°導(dǎo)電方式每橋臂導(dǎo)電180°，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度差120°

任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱(chēng)為縱向換流180°導(dǎo)通，60°縱向換流120°導(dǎo)通，60°橫向換流控制方式輸出電壓波形：每個(gè)半橋的輸出電壓相對(duì)于中點(diǎn)而言，波形均為正負(fù)對(duì)稱(chēng)180°方波，幅度為Ud/2。U相，1通，uUN‘=Ud/2，

4通，uUN'=-Ud/2。負(fù)載線電壓為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的1200矩形波，幅度為Ud。負(fù)載相電壓負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓負(fù)載為三相對(duì)稱(chēng)時(shí)有uUN+uVN+uWN=0，于是uNN,也是矩形波，但其頻率為uUN，頻率的3倍，幅值為其1/3，即為Ud/6。每相負(fù)載電壓波形：uUN、uVN、uWN的波形形狀相同，均為6拍階梯波，幅度為2Ud/3，相位上依次相差1200防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源短路，應(yīng)采取“先斷后通”1、120°導(dǎo)電方式每橋臂導(dǎo)電120°

任一瞬間有兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，一個(gè)在上橋臂，另一個(gè)在下橋臂每次換流都是在從一相橋臂向相鄰橋臂轉(zhuǎn)換，也稱(chēng)為橫向換流7.2交直交電流型逆變電路直流電源為電流源的逆變電路——電流型逆變電路一般在直流側(cè)串聯(lián)大電感，電流脈動(dòng)很小，可近似看成直流電流源實(shí)例之一：右圖為電流型三相橋式逆變電路交流側(cè)電容用于吸收換流時(shí)負(fù)載電感中存貯的能量——電流型逆變器——單相電流型逆變器4橋臂，每橋臂晶閘管各串聯(lián)一個(gè)電抗器LT，用來(lái)限制晶閘管開(kāi)通時(shí)的di/dt1、4和2、3以1000~2500Hz的中頻輪流導(dǎo)通，可得到中頻交流電采用負(fù)載換相方式，要求負(fù)載電流略超前于負(fù)載電壓負(fù)載一般是電磁感應(yīng)線圈，R和L串聯(lián)為其等效電路因功率因數(shù)很低，故并聯(lián)CC和L、R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，故此電路稱(chēng)為并聯(lián)諧振式逆變電路輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波——單相電流型逆變器工作波形分析一周期內(nèi)，兩個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)通階段和兩個(gè)換流階段t1~t2：VT1和VT4穩(wěn)定導(dǎo)通階段，iｏ=Id，t2時(shí)刻前在C上建立了左正右負(fù)的電壓t2~t4：t2時(shí)觸發(fā)VT2和VT3開(kāi)通，進(jìn)入換流階段LT使VT1、VT4不能立刻關(guān)斷，電流有一個(gè)減小過(guò)程VT2、VT3電流有一個(gè)增大過(guò)程4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)的放電回路同時(shí)放電：LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一個(gè)經(jīng)LT2、VT2、VT4、LT4到Ct=t4時(shí)，VT1、VT4電流減至零而關(guān)斷，換流階段結(jié)束t4－t2=tg

稱(chēng)為換流時(shí)間io在t3時(shí)刻，即iVT1=iVT2時(shí)刻過(guò)零，t3時(shí)刻大體位于t2和t4的中點(diǎn)——單相電流型逆變器單相電流型逆變器波形分析保證晶閘管的可靠關(guān)斷晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，換流結(jié)束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時(shí)間tbtb=t5-t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq——單相電流型逆變器保證晶閘管的可靠關(guān)斷晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，換流結(jié)束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時(shí)間tbtb=t5-t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq——單相電流型