第四章-DCAC逆變課件

4直流/交流逆變器4.0換流方式4.1逆變器的類型和性能指標4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3三相逆變電路工作原理4直流/交流逆變器4.0換流方式4.0換流方式4.0.0引言4.0.1

逆變電路的基本工作原理4.0.2

換流方式分類4.0.3PWM4.0換流方式4.0.0引言逆變的概念逆變——與整流相對應，直流電變成交流電。交流側接電網(wǎng)，為有源逆變。交流側接負載，為無源逆變。逆變與變頻變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。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。主要應用各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。交流電機調速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。4.0.0引言逆變的概念以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理4.0.1

逆變電路的基本工作原理逆變電路及其波形舉例負載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1~S4是橋式電路的4個臂，由電力電子器件及輔助電路組成。以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理4.0.1逆S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo為正。S1、S4斷開，S2、S3閉合時，負載電壓uo為負。直流電交流電S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo為正。直流電逆變電路最基本的工作原理——改變兩組開關切換頻率，可改變輸出交流電頻率。

逆變電路及其波形舉例a)b)tuoiot1t2電阻負載時，負載電流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感負載時，io相位滯后于uo，波形也不同。逆變電路最基本的工作原理——改變兩組開關切換頻率，可改變輸4.0.2換流方式分類換流——電流從一個支路向另一個支路轉移的過程，也稱為換相。開通：適當?shù)拈T極驅動信號就可使器件開通。關斷：全控型器件可通過門極關斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關斷。一般在晶閘管電流過零后施加一定時間反壓，才能關斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。本章?lián)Q流及換流方式問題最為全面集中,因此安排在本章集中講述。4.0.2換流方式分類換流——電流從一個支路向另一個支路1)器件換流（DeviceCommutation）利用全控型器件的自關斷能力進行換流。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。2)

電網(wǎng)換流（LineCommutation）電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。將負的電網(wǎng)電壓施加在欲關斷的晶閘管上即可使其關斷。不需要器件具有門極可關斷能力，但不適用于沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路。3)

負載換流（LoadCommutation）4)強迫換流（ForcedCommutation）1)器件換流（DeviceCommutation）負載換流電路及其工作波形

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。如圖是基本的負載換流電路，4個橋臂均由晶閘管組成。整個負載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性。直流側串電感，工作過程可認為id

基本沒有脈動。負載對基波的阻抗大而對諧波的阻抗小。所以uo接近正弦波。注意觸發(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。?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4負載換流電路由負載提供換流電壓的換流方式。?t?t?t?4)強迫換流（ForcedCommutation）由換流電路內(nèi)電容直接提供換流電壓直接耦合式強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迫換流設置附加的換流電路，給欲關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4)強迫換流（ForcedCommutation）由換流電直接耦合式強迫換流當晶閘管VT處于通態(tài)時，預先給電容充電。當S合上，就可使VT被施加反壓而關斷。

也叫電壓換流。直接耦合式強迫換流原理圖

電感耦合式強迫換流原理圖電感耦合式強迫換流

先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓。也叫電流換流。直接耦合式強迫換流直接耦合式強迫換流原理圖電感耦合式4.0.3PWM所謂PWM就是在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖，以達到控制頻率、電壓、電流和抑制諧波的目的。4.0.3PWM所謂PWM就是在所需的頻率周期內(nèi)，將直流換流方式總結：器件換流——適用于全控型器件。其余三種方式——針對晶閘管。器件換流和強迫換流——屬于自換流。電網(wǎng)換流和負載換流——屬于外部換流。當電流不是從一個支路向另一個支路轉移，而是在支路內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱?，則稱為熄滅。換流方式總結：4.1

逆變器的類型和性能指標4.1.1逆變器的類型4.1.2逆變器輸出波形性能指標4.1.3其他指標4.1逆變器的類型和性能指標4.1.1逆變器的類型4.1.1逆變器的類型電壓型逆變器VSI單相半橋單相全橋推挽逆變?nèi)鄻螂娏餍湍孀兤鰿SI

依據(jù)直流電源的特性不同可分為：按輸出電壓不同分為CVCF、VVVF、脈沖型按逆變器電路結構不同分為：

按開關器件不同及換流關斷方式不同分類：自關斷、強迫關斷、有源逆變、負載反電動勢、負載諧振換流逆變器。4.1.1逆變器的類型電壓型逆變器VSI電壓型逆變器VSI電流型逆變器CSI電壓型逆變器VSI電流型逆變器CSIZDV3T4T3D4Db1T2T1D2Dadiai單相半橋單相全橋ZDV3T4T3D4Db1T2T1D2Dadiai單相半橋單第四章-DCAC逆變課件4.1.2逆變器輸出波形性能指標4.1.2逆變器輸出波形性能指標4.1.2逆變器輸出波形性能指標（續(xù)）畸變系數(shù)DF逆變電路輸出的n次諧波有效值Vn經(jīng)LC濾波后在負載上的n次諧波電壓VLn為:

4.1.2逆變器輸出波形性能指標（續(xù)）畸變系數(shù)DF逆變電路4.1.3其他指標逆變器的性能指標除輸出波形性能指標外，還應包括：逆變效率單位重量（或單位體積）輸出功率可靠性指標逆變器輸入直流電流中交流分量的數(shù)值和脈動頻率電磁干擾EMI及電磁兼容性EMC4.1.3其他指標逆變器的性能指標除輸出波形性能指標外，還4.2

電壓型單相方波逆電路工作原理4.2.1電壓型單相全橋逆變電路4.2.2電壓型單相半橋逆變電路4.2.3變壓器中心抽頭推挽式(Push-Pull)單相逆變電路4.2電壓型單相方波逆電路工作原理4.2.1電壓型單相全4.2.1電壓型單相全橋逆變電路T1、T4與T2、T3交替通、斷4.2.1電壓型單相全橋逆變電路T1、T4與T2、T34.2.1電壓型單相全橋逆變電路（續(xù)）不同負載時，D、T導電情況不同T導電供電，D導電續(xù)流（反回）電阻負載電感負載阻感負載4.2.1電壓型單相全橋逆變電路（續(xù)）不同負載時，D、T導4.2.2電壓型單相半橋逆變電路電容分壓，半橋電路T1、T2交替通、斷二級管D的功用R、L負載時，T、D交替導電4.2.2電壓型單相半橋逆變電路電容分壓，半橋電路4.2.2電壓型單相半橋逆變電路（續(xù)）4.2.2電壓型單相半橋逆變電路（續(xù)）4.2.3變壓器中心抽頭推挽式單相逆變電路

僅二個開關T1、T2輪流導電180度開關管斷態(tài)電壓高一倍2VD要輸出變壓器適用于低壓小功率、須隔離的應用4.2.3變壓器中心抽頭推挽式單相逆變電路僅二個開關T4.3三相逆變電路工作原理4.3.1電壓型三相逆變工作原理4.3.2電流型三相逆變工作原理4.3三相逆變電路工作原理4.3.1電壓型三相逆變工作原4.3.1電壓型三相逆變工作原理三個相差120度的單相逆變器組成一個三相逆變器4.3.1電壓型三相逆變工作原理三個相差120度的單相逆變?nèi)齻€相差120度的單相逆變器組成一個三相逆變器

A相：T1、T4、T1’、T4’

B相：T3、T6、T3’、T6’C相：