浙大電力電子技術第五章

第五章直流－交流（DC－AC）變換5.1逆變電路概述5.2負載諧振式逆變電路5.3強迫換流式逆變電路5.4逆變電路的多重化及多電平化5.5脈寬調(diào)制型（PWM）逆變電路5.6PWM整流電路逆變電路概述晶閘管逆變電路的換流問題單相逆變電路DC－AC變換原理VT1、VT4

VT2、VT3

成對導通VT1、VT4導通負載輸出電壓u0左（＋）右（－）VT2、VT3導通負載輸出電壓u0左（－）右（＋）控制兩對晶閘管的切換導通頻率就可調(diào)節(jié)輸出交流頻率常用的晶閘管換流方法：（1）電網(wǎng)換流（2）負載諧振式換流（3）強迫換流逆變電路概述a.直接耦合式強迫換流b.電感耦合式強迫換流晶閘管逆變電路的換流問題逆變電路概述1.直接耦合式強迫換流(a)觸發(fā)導通VT1

，對電容C進行充電uc=E左（－）右（＋）(b)觸發(fā)導通VT2

，uc反極性直接加在VT1上，使其判斷，完成換流。(c)電容C進行反向充電(d)t0為VT1承受反壓時間晶閘管逆變電路的換流問題逆變電路概述2.電感耦合式強迫換流(a)接通開關S后，LC振蕩電流的前半周期反向流過VT，使其電流衰減至零而關斷，VD管壓降構成對VT的反向陽壓，確保VT可靠關斷。(b)接通開關S后，LC振蕩電流的后半周期反向流過VT，使其電流衰減至零而關斷，VD管壓降構成對VT的反向陽壓，確保VT可靠關斷。晶閘管逆變電路的換流問題逆變電路概述逆變電路的類型根據(jù)直流輸入儲能元件類型的不同，逆變電路可分為兩種類型：（1）電壓源型逆變器（2）電流源型逆變器逆變電路概述逆變電路的類型（1）電壓源型逆變器特點：1）直流輸入側(cè)并聯(lián)大電容C用作無功功率緩沖環(huán)節(jié)（濾波環(huán)節(jié)），構成逆變器低阻抗的電源內(nèi)阻特性，即輸出電壓確定，其波形接近矩形，電流波形與負載有關，接近正弦。2）由于直流側(cè)電壓極性不允許改變，無功從交流向直流回饋時只能改變電流方向來實現(xiàn)，為此在各功率開關元件旁并聯(lián)續(xù)流二極管，為感性負載電流提供反饋能量至直流的無功通路。逆變電路概述逆變電路的類型（2）電流源型逆變器特點：1）直流回路串以大電感Ld

作無功元件（濾波元件）儲存無功功率，也就構成了逆變器高阻抗的電源內(nèi)阻特性，即輸出電流確定，波形接近矩形，電壓波形與負載有關，在正弦波的基礎上疊加換流電壓尖峰。2）由于直流環(huán)節(jié)電流Id不能反向，只有改變逆變器兩端直流電壓極性來改變能量流動方向、反饋無功功率，無需設置無功（續(xù)流）二極管。逆變電路概述逆變電路的類型兩類逆變器的比較：1）電壓源型逆變器采用大電容作儲能元件，逆變器呈現(xiàn)低內(nèi)阻特性，直流大小和極性不能改變，能將負載電壓鉗在電源電壓水平上，浪涌過電壓低，適合穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源、不可逆電力拖動系統(tǒng)、多臺電機協(xié)同調(diào)速和快速性要求不高的應用場合。電流源型逆變器電流方向不變，可通過逆變器和整流器的工作狀態(tài)變化，實現(xiàn)能量流向改變，實現(xiàn)電力拖動系統(tǒng)的電動、制動運行、故可應用于頻繁加、減速，正、反轉(zhuǎn)的單機拖動系統(tǒng)。2）電流源型逆變器因用大電感儲能，因此呈現(xiàn)高內(nèi)阻特性，主電路抗電流沖擊能力強，能不效抑制電流突變、延緩故障電流上升速率，過電流保護容易。電壓源型逆變器輸出電壓穩(wěn)定，一旦出現(xiàn)短路電流上升極快，難以獲得保護處理所需時間，過電流保護困難。3）采用晶閘管元件的電流源型逆變器依靠電容與負載電感的諧振來實現(xiàn)換流（僅諧振式逆變時），負載構成換流回路的一部分，不接入負載系統(tǒng)不能運行。4）電壓源型逆變器必須設置反饋（續(xù)流）二極管來給負載提供感性無功電流通路，主電路結構較電流源型逆變器復雜。電流源型逆變器無功功率由濾波電感儲存，無需二極管續(xù)流，主電路簡單。負載諧振式逆變電路分類：負載諧振式逆變電路根據(jù)換流電容與負載電感的連接方式可分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種。并聯(lián)諧振式逆變器工作過程VT1、VT4導通階段換流階段VT2、VT3導通階段強迫換流式逆變電路分類：根據(jù)直流濾波環(huán)節(jié)儲能元件的不同分為電壓源型和電流源型。電流源型逆變器具有一系列的優(yōu)點，串聯(lián)二極管式電流源型逆變器應用最為廣泛。屬120o導通型，順序∶VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6-VT1.各管觸發(fā)脈沖相隔60o，每管導通120o，元件換流在VT1、VT3、VT5間及VT2、VT4、VT6間進行。強迫換流式逆變電路換流機理：(a)換流前運行階段設VT5、VT6導通，Id由正極經(jīng)VT5－C相－B相－VT6返回負極，C5左負右正。(b)晶閘管換流與恒流充、放電階段觸發(fā)導通VT1，VT5關斷，C5、C1、C3放電，并反向充電，當

uC5＝uAC時，VD1開始導通，進入VD5和VD1的換流階段。(c)二極管換流階段

VD5和VD1同時導通，

C5、C1、C3與A、C相電感構成串聯(lián)諧振，實現(xiàn)二極管間的負載諧振換流。(d)換流后運行階段當iA=Id、iC=0時，二極管換流結束，進入VT1、VD1與VT6、VD6及A、B相的穩(wěn)定導通新階段，VD5承受反壓而截止。強迫換流式逆變電路(a)負載Y接；(b)負載△接電流源型逆變器輸出相電流波形逆變電路的多重化及多電平化多重化技術多重化就是將幾個逆變器的輸出矩形波在相位上錯開一定角度進行疊加，使之獲得盡可能接近正弦波的多階梯波形。分類：串聯(lián)多重化（交流側(cè)電壓錯開一定相位串聯(lián)疊加，屬電壓源型逆變電路）并聯(lián)多重化（交流側(cè)電流錯開一定相位并聯(lián)疊加，屬電流源型逆變電路）逆變電路的多重化及多電平化串聯(lián)多重化圖示為二重化三相電壓源逆變器主電路。電路共用一直流電源E，輸出電壓通過變壓器T1、T2串聯(lián)合成。三相逆變電路輸出電壓波形三相電壓源型二重逆變電路波形一般來說，如使m個三相橋式逆變電路依次錯開相位，并采用輸出變壓器作m重化串聯(lián)且抵消上述相位差，就可以構成（電壓）脈波數(shù)為6m的電壓源型逆變電路。并聯(lián)撓多重夠化圖示塞逆變扮器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之間棍互差20括o電角漠度，武通過惹三臺沫分別標為反Z/?、Y/且?、正Z/軌?連接咬的變紅壓器掙耦合續(xù)并聯(lián)發(fā)輸出。逆變裂電路最的多塞重化萌及多潑電平告化三相墻電流癢源型像三重符化逆受變電首路并聯(lián)盟多重臘化逆變蜂電路雙的多已重化嘴及多尤電平領化Y/?連接鉗組及增其電忽流波他形反Z/?連接噴組及辦其電礙流波聞形并聯(lián)田多重命化逆變熊電路考的多敢重化晉及多梅電平欣化將三香套逆見變器住電流澇疊加礦，得悔到圖鮮示的泉三重栗化電鞋流源敗型逆島變器版輸出延一相綢總電鉆流波央形。隔它已樂消除13次一專下的踢電流扒諧波茶分量桐。多電販平化逆變渴電路士的多世重化撇及多耳電平俘化中點陵鉗位翅式三劣電平蹤蝶逆變奔電路三電遺平逆律變器甩波形三電仿平逆治變電舞路中醋每個葵開頭潤器件革所承宣受的席電壓握僅為倘直流星電壓的一建半，集特別股適合煮高壓扮大容暗量的傻應用虎場合僵。用柿類似農(nóng)的方求法可凈構成五電蛾平、譜七電圣平等聽更多昆電平識的電妨路，紋統(tǒng)稱扣多電駛平逆戶變電據(jù)路。脈寬匹調(diào)制搞型（PW砍M）逆鴉變電籃路將VT惱1—傲VT撓2和VT大4—驢VT負3切換剪時間拘錯開被，λ變化=>脈寬農(nóng)也變釘化，λ調(diào)節(jié)戶范圍最為0o~18拜0o，uAB可從巨零調(diào)犬至最桌大。一、基本樂原理1、捧單脈灶沖調(diào)催制脈寬昏調(diào)制園型（PW謎M）逆孫變電跌路uT——三角喝載波衡信號扣電壓uR——控制春參考考信號浩電壓uD——調(diào)制甘脈沖催（PW背M）信奸號取決當于uR>uT區(qū)間雹大小2、多脈觀沖調(diào)第制VT堅1、VT濕4導通VT倍2、VT嘗3導通脈寬漿調(diào)制肆型（PW頸M）逆豎變電治路3、正掩弦波染脈寬扯調(diào)制葉（SP灰WM）原理兔：選熊擇正蟻弦波林電壓感作為遣參考昆控制傻信號石電壓鐵在半授周內(nèi)酬區(qū)間汽大小六不一錦，和故調(diào)葉制波男寬度絡也不豆同，廁符合填正弦抓變化紀規(guī)律促。uR——調(diào)制完信號羅為正盛弦波特點參：可鍛通過漲控制UR的頻濟率或擱幅值豎，實天現(xiàn)逆濃變器齒變頻掏、變呈壓雙歇重功折能VT改1、VT盆4導通VT滴2、VT熱3導通脈寬夸調(diào)制替型（PW濃M）逆堡變電續(xù)路4、單沉極性貴與雙且極性徐調(diào)制單極識性調(diào)鞠制雙極設性調(diào)朱制VT不1、VT開4導通VT挺2、VT抽3導通脈寬浴調(diào)制謀型（PW蠢M）逆仔變電免路5、同點步調(diào)議制與扛異步拆調(diào)制(a宴)同步縣調(diào)制三角名波頻迷率fT與正續(xù)弦波幕頻率fR（相坦當于信逆變賓器輸濱出頻倘率）特點蘿：fT/fR=C，即豆在任宗何輸納出頻嘆率下昨，每墓半周錯期內(nèi)爬的輸遣出脈作沖數(shù)牲不變狼；輸出SP乘WM波形府穩(wěn)定授，正可負半許周對沿稱，款無偶幣次諧亂波；低頻閥時：討諧波逝含量擇、脈懇沖轉(zhuǎn)府矩、克附加弦損耗消、噪爹聲↑，輸牧出特咱性差釣；高頻嘗時：座元件特開關撓次數(shù)墊、開雹關損絨耗↑，但匙諧波猶含量↓，輸題出特得性好活。(b晨)異步薄調(diào)制特點僅：fT=C，半奸周期悼內(nèi)輸勢出脈率沖數(shù)齊與fR呈反毫比關田系，fT/fR=變數(shù)蓬；正負津半周舌輸出孕波形仇不保豬證完須全對草稱，繪出現(xiàn)料偶次糊諧波閃，影奸響輸憐出特針性；低頻額輸出秒時，纏可通辛過↑fT使輸希出脈發(fā)沖數(shù)↑改善氣輸出忍特性師。脈寬家調(diào)制交型（PW綁M）逆洋變電客路5、同裁步調(diào)漆制與映異步累調(diào)制(c憐)分段杯調(diào)制因為辟低頻刃輸出猾時異雅步調(diào)逝制有歇利，慕高頻券輸出竟時同狀步調(diào)萄制較邊好，芽所以梯實際梯應用剃中通述常采雨用分孝段調(diào)賀制的抽折中湯方案窮。特點您：輸出壯頻率媽范圍0~余fN分成懷若干炭頻段切；低頻標段異臉步調(diào)釀制，寄高頻伏段同棉步調(diào)晌制；同步定調(diào)制隙時，俗輸出福頻率↑N=fT/fR↓，保持沖功率牙器件星開關惑頻率叢在合愈理范亮圍內(nèi)；輸出懇頻率=fN時，販將脈題寬調(diào)呈制方灰式改焰為方磨波輸較出，篩以充同分利榆用直茶流電拴壓源鄰。脈寬域調(diào)制占型（PW盆M）逆腿變電沈路正弦紀脈寬覺調(diào)制筐方法傾：1、采躬樣法VT掩1~V標T6鐮——高頻節(jié)自關燙斷器掛件VD撕1~V漠D6顛——快速疲恢復灘二極風管PW暢M電壓棟波形障取決艦于VT陶1~V零T6的PW片M調(diào)制熊方式臟。脈寬大調(diào)制奸型（PW申M）逆畏變電璃路正弦館脈寬秩調(diào)制濾方法殃：1、采咽樣法脈寬艦調(diào)制脾型（PW羅M）逆屑變電侵路正弦亦脈寬葬調(diào)制斤方法妹：2、指曾定諧仆波消桿去法脈寬低調(diào)制憲型（PW炎M）逆嶺變電握路正弦稅脈寬蛙調(diào)制怒方法承：2、指差定諧旅波消疾去法脈寬膜調(diào)制秋型（PW星M）逆卷變電闊路3.電流次滯環(huán)打控制PW暈M：is*——正弦廳電流姓參考疏信號唉；is——實際莊輸出廟電流?！鱅S=(is-is*)>默0控制暖逆變鉛器該雪相下腎橋臂售導通is↓△IS=(is-is*)>蒼0控制券逆變壘器該捏相上宋橋臂膚導通is↑PWM驅(qū)動信號PWM逆變器滯環(huán)比較器iS*iS△IS(=iS-iS*)脈寬薪調(diào)制脊型（PW劈燕M）逆動變電宋路PW礙M逆變肌電路制輸出詠特性箏：1、SP皆WM逆變罷器輸寇出諧膜波分段析：a.單相以橋式肺逆器采用PW慮M控制偷的目看的：鳥改善倘輸出躍特性修，即↑基樸波，↓諧波脈寬杯調(diào)制捕型（PW衛(wèi)M）逆球變電耳路PW志M逆變戀電路扣輸出杜特性凈：1、SP判WM逆變觀器輸結出諧痰波分吼析：b.三相肯橋式搭逆器脈寬捕調(diào)制志型（PW紀M）逆嚇變電箭路PW獅M逆變例電路漸輸出敲特性師：2、直才流電染壓利若用率止的提跡高：采用素梯形航波作話調(diào)制綿波優(yōu)點剩：提