DC-AC变换技术
dcac变换技术
（6-3）
DFn
= Vn V1n 2
（6-4）
对逆变器来讲，性能指标除波形参数外，还有如逆变器效率、比功率等性能指标。
§6.2 方波逆变器
6.2.1 单相半桥式逆变电路
半桥式逆变电路如图 6-9（a）所示，在直流侧有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电
容的联结点为直流电压的中点。两个电容 C 构成一个桥臂，开关管 Q1 和 Q2 及其反并二极管 D1 和
（Vdc , Idc ）向负载传输；负的输出功率表明逆变器工作于整
整流器
逆变器
流状态，从负载向逆变器输入（Vdc , Idc ）反馈能量。因此逆
变器必须能够工作在四个象限才能适应各种不同的负载情
201
逆变器
整流器
图 6-7 逆变器四象限工作情况
现代电力电子技术基础
况。 设逆变器输出电压为正弦，输出电流滞后于输出电
=
Vin 2
,υo
的频率等于开关频率，
fs
=
1 Ts
, Ts
是开关周期。
203
现代电力电子技术基础
在纯电阻负载 R 情况下， D1 或 D2 都不参与导通，在 Q1 和 Q2 互相轮流导通，输出波形为方 波，其幅值为 Vin ，其输出电压有效值为：
2
1
∫ v AB
=
⎡2
⎢ ⎣
T0
V T0
2
2 in
分析方法。 DC-AC 方框图如图 6-1 所示。
图 6-1 DC-AC 方框图
§6.1 逆变器分类、功率流方向和波形指标
6.1.1 分类
逆变器分为单相和三相两大类。单相逆变器适用于小、中功率；三相逆变器适用于中、大功 率。这两大类按不同的特点又可分为：
第6章DC-AC变换技术
由于D2、D3(或D1、D4)续流，电压形成一个与导通期间伏秒积相等的负(正)的面积。如果Q1和Q4（Q2和Q3）导通时间超过Ts/4，波形导通时间变化的影响。由此可见，全桥逆变器在感性负载时不宜采用双极性控制方式。 vAB的有效值和瞬时值为： ——为输出电压角频率。 当n=1时，其基波分量的有效值为： 显然当电源电压和负载不变时，其输出功率是半桥电路的4倍。
图6-6 逆变器输出瞬时电压和电流曲线
图6-7 四象限工作情况
图6-8 反并联二极管
3 、逆变器波形指标 实际逆变器的输出波形总是偏离理想的正弦波形，含有谐波成分，为了评价输出波形的品质质量，从电压角度引入下述几个参数指标： 1）谐波因子（Harmonic Factor） 第n次谐波因子HFn定义为第n次谐波分量有效值同基波分量有效之值比，即 2）总谐波（畸变）因子THD (Total harmonic distortion factor) 该参数表征了一个实际波形同基波分量的接近程度。输出为理想正弦波的THD为零。 3）畸变因子（Distortion factor） 总谐波因子指示了总的谐波合量，但它并不能告诉我们每一个谐波分量的影响程度，畸变因子定义： 对于第次谐波的畸变因子定义如下：
图6-13 方波逆变器输出频谱
因此，我们得出方波逆变器输出的频谱图，如图6-13所示，并有以下结论： （1）方波逆变器输出的方波谐波幅度随着n的增加而减小，其减小系数为1/n； (2)偶次谐波不存在； (3)最低次谐波为3次谐波； (4)由于基波和谐波频率差较小，低通滤波器设计相当困难。 图6-14为方波的各次谐波时域图。
图6-12 全桥电路移相控制方式的工作过程
3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波 1)傅立叶级数 傅立叶级数是研究和分析波形形状的工具。为了分析方便，把傅立叶级数的基本定义、概念叙述如下。 在实际问题中，除了正弦函数外，还会遇到许多非正弦的周期函数，为了研究非正弦的周期函数，将周期函数展开成由三角函数组成的级数，即将周期为 的周期函数用一系列三角函数 之和来表示： 其中 都是常数。
新第十三讲电流型DC-AC变换电
02 电流型半桥DC-AC变换器
CHAPTER
工作原理与电路组成
电流型半桥DC-AC变换器是一种将直流电能转换为交流电能 的电力电子装置。它通过开关管的控制，将直流电压或电流 转换为交流电压或电流。
电路组成：包括输入滤波器、半桥电路、变压器、输出滤波 器和负载等部分。其中，半桥电路是变换器的核心部分，由 两个开关管和两个电容组成。
VS
稳定性分析
通过分析系统的传递函数和稳定性条件， 确定系统的稳定性和动态响应特性。
04 电流型推挽式DC-AC变换器
CHAPTER
工作原理与电路组成
总结词
电流型推挽式DC-AC变换器通过改变输入直流电流的波形，将其转换为交流输出电流。其电路组成包 括输入直流电源、全控开关器件、输出滤波器和负载。
输入输出特性
输入特性
输入电压范围宽，可以适应不同 的直流电源输入；输入电流连续 ，对输入电源的冲击小。
输出特性
输出电压波形好，可以输出正弦 波；输出电压的幅值和相位可以 通过控制开关管的通断进行调节 。
控制策略与稳定性分析
控制策略
常用的控制策略有脉宽调制（PWM）和移相控制等。脉宽调制是通过调节开关管的 通断时间来控制输出电压的幅值和频率；移相控制是通过调节开关管的通断时刻来 控制输出电压的相位。
谢谢
THANKS
稳定性分析
为了确保电流型半桥DC-AC变换器的稳定运行，需要对电路的稳定性进行分析。 常用的稳定性分析方法有频率法和状态空间法等。通过分析，可以确定系统的稳 定性和动态响应特性，为控制策略的选择和优化提供依据。
03 电流型全桥DC-AC变换器
CHAPTER
工作原理与电路组成
工作原理
电力电子DC-AC逆变讲解
sin(t )
电力电子技术——DC-AC逆变
4.2.3 变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
负载
a A * * O
1
* b B
仅二个开关T1、T2 轮流导电180度
开关管断态电压高一 倍 2VD 要输出变压器
VD
T1
D
D2
T2
变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
适用于低压小功率、 须隔离的应用
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源
等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
电力电子技术——DC-AC逆变
4.0.1 逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工 作原理
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo
Ud S1 io 负载 S3 uo S 4 io t1 t2 t
S2 a)
b)
逆变电路及其波形举例
电力电子技术——DC-AC逆变
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电
交流电
电力电子技术——DC-AC逆变
逆变电路最基本的工 作原理 —— 改变两 组开关切换频率，可 改变输出交流电频率。
电阻负载时，负载电流 io 和uo的波形相同，相位也 相同。
先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管使其 加上反向电压。 也叫电流换流。
电感耦合式强迫 换流原理图
直接耦合式强迫换 流原理图
电力电子技术——DC-AC逆变
4.0.3 PWM
所谓PWM就是在所需的频率周期内，将直流电压调制成等 幅不等宽的系列交流输出电压脉冲，以达到控制频率、 电压、电流和抑制谐波的目的。
电力变换的四大类型
电力变换的四大类型在现代电力系统中，电力变换是一项至关重要的技术，它可以将电能从一种形式转换为另一种形式，以满足不同电气设备的需求。
电力变换可以分为四种类型，分别是直流到直流（DC-DC）变换、交流到直流（AC-DC）变换、直流到交流（DC-AC）变换和交流到交流（AC-AC）变换。
一、直流到直流（DC-DC）变换直流到直流变换，顾名思义，就是将直流电源转换为不同的直流电压和电流。
由于直流电压不能直接被改变，因此需要采用电力变换技术来实现这一转换。
直流到直流变换可以分为降压变换、升压变换、反相变换和隔离变换等不同类型。
二、交流到直流（AC-DC）变换交流到直流变换是将交流电源转换为直流电源，也称为整流器。
它可以将交流电压和电流转换为具有恒定电压和电流的直流电源。
交流到直流变换可以分为单相半波整流、单相全波整流、三相半波整流和三相全波整流等不同类型。
三、直流到交流（DC-AC）变换直流到交流变换是将直流电源转换为交流电源，也称为逆变器。
它可以将直流电压和电流转换为具有可调频率和电压的交流电源。
直流到交流变换可以分为单相半桥逆变、单相全桥逆变、三相半桥逆变和三相全桥逆变等不同类型。
四、交流到交流（AC-AC）变换交流到交流变换是将一个交流电源转换为另一个交流电源，它可以改变电源的电压、频率和相位等参数。
交流到交流变换可以分为变压器变换、相位控制变换和频率控制变换等不同类型。
在现代电力系统中，电力变换技术已经成为不可或缺的一部分，它能够实现电能的高效转换和传输，使得电气设备能够更加灵活和高效地工作。
因此，了解电力变换的四大类型对于电气工程师和电力工作者来说是非常重要的。
电子电子技术第4章 DC-AC变换电路
控制方式：开关器件T1和T2在一个输出电压基波周期 T0内互补地施加触发驱动信号，且两管驱动信号时间 都相等
当T1导通T2关断时 ，当T2导通T1关断时 ，所以电压波形为占空 比为50％的方波。改变T1和T2的驱动信号的频率，即可以改变 输出电压的频率，输出电压的基波频率
输出电压：
开T20 关t 管T0 时T2、，T开3，关当管负T载2、电T3被流触由发a流，向当b负时载，电电流流由经过b流D2向、aD时 3续，流电流流经
瞬时负载电流 ：
iL
n 1,3,5...
4VD n Zn
sin
(nt
n )
– 其中n次谐波阻抗 Zn R2 (nL)2
且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容 器电压的平衡 半桥电路常用于几kw以下的小功率逆变电源
2.电压型单相全桥式逆变电路
电路特点：全桥电路可看作由两个半桥电路组成，有四个桥臂， 包括四个可控开关器件及反并联二极管，在直流母线上通常还 并联有滤波电容。
控制方式：T1和T4同时开通和关断，T2和T3同时开通和关断（存
b) 电流型逆变器：在直流测串联有大电感，可以抑制输出直流电
流纹波，使得直流测可以近似看作一个理想电流源。
按交流输出类型分类：
a) 当变换装置交流侧接在电网上，把直流电逆变成同频率的 交流电回馈到电网上去，称为有源逆变。
b) 当变换装置交流侧和负载连接时，将由变换装置直接给电 机等负载提供频率可变的交流电，这种工作模式被称为无 源逆变。
b) 负载换流：由负载提供换流电压称为负载换流，通常采用 的是负载谐振换流。
c) 强迫换流：通过附加的换流装置，给欲关断的器件强迫施 加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。
dc-ac
DC/AC逆变器研究研电1502 1152201009 李鹏宇首先，我们先了解DC/AC逆变器的应用及基本原理：（1）DC/AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。
DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。
（2）DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT和功率MOSFET模块等)的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是一种电能变换装置。
由子是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，因此转换效率比较高。
但转换输出的波形却很差，是含有相当多谐波成分的方波。
而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC/AC逆变器技术发展中的一个主要问题。
除此之外，目前很多工程中都要涉及逆变器的并联控制。
而传统的基于有功和无功环流控制的逆变器并联控制方法得到相当多的采用。
其控制思想是由电力系统中同步电机并网理论演变而来，认为各并联模块输出有功功率差主要取决于输出电压相位差，输出无功功率差主要取决于输出电压幅值差。
因此，通过分别调节各模块输出电压的相位和幅值，能够分别调节其输出有功功率和无功功率，实现负载均分。
文献【1】则提出完全相反的观点，认为各并联逆变器输出功率主要取决于输出电压幅值差，输出无功功率差主要取决于输出电压相位差。
因此，通过分别调节各模块输出电压的幅值和相位，能够分别调节其输出有功功率和无功功率。
并且通过比较阅读发现，若传统的基于和无功换流控制的并联方法应用于电压电流双闭环控制逆变器并联系统，有较大的控制误差，甚至会引起控制的不稳定。
目前常用的3大类均流控制结构包括：主从控制、无互联线控制以及分散逻辑控制。
电力电子技术课件05直流-交流(DC-AC)变换
第五章直流-交流（DC-AC）变换一、概述DC-AC变换器（无源逆变器)V1、V4和V2、V3轮流切换导通，u o为交变电压（1）电网换流 利用电网电压换流，只适合可控整流、有源逆变电路、交—交变频器（2）负载谐振式换流 利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载 电流超前于电压时间大于t q ，即能实现换流，分串，并联。
VT 2、VT 3通后，u 0经VT 2、VT 3反向加在VT 1、VT 4上1. 晶闸管逆变电路的换流方式换流概念：直流供电时，如何使已通元件关断VT 1导通，C 充电左（-）右（+），为换流做准备； VT 2导通，C 上电压反向加至VT 1，换流，C 反向充电。
（3）强迫换流附加换流环节，任何时刻都能换流直接耦合式强迫换流2. 逆变电路的类型（1）电压源型逆变器电流源型逆变器电流源型逆变器功率流向控制（3）两类逆变器的比较比较点电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似为正弦波矩形输出电流波形矩形近似正弦波，有较大谐波分量输出动态阻抗大小续流二极管不需要需要过流及短路保护容易困难线路结构较简单较复杂适用范围适用于单机拖动，频繁加减速下运行，需经常反向的场合适用于多机供电不可逆拖动，稳速工作，快速性不高的场合二、强迫换流式逆变电路1.串联二极管式电流源型逆变器结构VT1～VT6为晶闸管C1～C6为换流电容VD1～VD6为隔离二极管2.工作过程（换流机理）（1）换流前运行阶段（2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段（3）二极管换流阶段（4）换流后运行阶段diL dt引起三、逆变器的多重化技术及多电平化1. 多重化技术改善方波逆变的输出波形：中小容量：SPWM大容量：多重化技术思路：用阶梯波逼近正弦波（1）串联多重化特点：适合于电压源型逆变器二重化三相电压源逆变器单个三相逆变电路输出电压波形桥Ⅱ输出电压相位比桥Ⅰ滞后30º桥Ⅰ输出变压器△/Y,桥Ⅱ输出变压器△/Z变比为1变比为13二重化逆变电路输出电压比单个逆变电路输出电压台阶更多、更接近正弦。
dc-ac原理
dc-ac原理
直流到交流（DC-AC）变换器是一种电路或装置，用于将直流电源转换为交流电源。
它由一个直流输入端和一个交流输出端组成。
该原理基于使用电子器件，如晶体管、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极性晶体管）等，通过控制开关来实现电源电压的变换。
在原理中，直流电源首先经过一个称为逆变器的电路，将其转换为交流电压。
这个逆变器电路通常由一组开关元件构成，例如MOSFET或IGBT，它们按照特定的时序被打开和关闭。
这样的开关操作导致直流电源输出的电压和电流在一段时间内在正负值之间变化。
这种时序开关的操作形成了一个波形，可以看作是一系列频率和幅度可调节的方波。
通过控制开关元件的时序，可以产生所需的交流输出波形。
通常，一个控制电路被用来确定开关的状态，以便在适当的时间点打开或关闭逆变器电路。
这样，交流输出的频率和幅度可以在设计的范围内进行调整。
由于DC-AC变换器的设计复杂且需要精确的控制，因此通常使用微控制器或数字信号处理器（DSP）等集成电路来实现控制功能。
这些控制器可以根据用户的需求对输出进行调整，并保证系统的稳定性和可靠性。
总的来说，DC-AC变换器的原理是通过逆变器电路和精确的控制来将直流电源转换为所需的交流电源。
这种变换器在许多
应用中都起着重要的作用，例如太阳能发电系统、家用电器和工业控制系统等。
DC----AC
DC到AC有四种转换方式，分为四种结构：推挽式拓扑结构、半桥式拓扑结构、全桥式拓扑结构、高频升压逆变电路结构。
原理：利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程,定义为逆变。
方案一：推挽式拓扑结构推挽式逆变电路的拓朴结构如图1.1所示图1.1 推挽式逆变电路优点：推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。
缺点：是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。
方案二：半桥式拓扑结构半桥式逆变电路的拓朴结构如图1.2 所示：图1.2半桥式逆变电路优点：半桥型逆变电路结构简单，由于两只串联电容的作用，不会产生磁偏或直流分量，非常适合后级带动变压器负载，当该电路工作在工频（50 或者60H Z）时，电容必须选取较大的容量，使电路的成本上升，因此该电路主要用于高频逆变场合。
缺点：交流电压幅值只有Ud/2,并且直流侧需两电容串联，工作时要控制两电压均衡，因此半桥电路常用于几千瓦以下的小功率逆变电源。
方案三：全桥式拓扑结构全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。
由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。
该缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。
另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。
方案四：高频升压逆变电路结构推挽电路和全桥电路的输出都必须加升压变压器，由于升压变压器体积大，效率低，价格也较贵，随着电力电子技术和微电子技术的发展，采用高频升压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变，这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构，但工作频率均在２０ＫＨｚ以上，升压变压器采用高频磁芯材料，因而体积小、重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电（一般均在３００Ｖ以上）再通过工频逆变电路实现逆变。
DC-AC逆变器DC-AC逆变器的基本原理
DC/AC逆变器,DC/AC逆变器的基本原理背景知识：DC/AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。
DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。
DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT 和功率MOSF ET模块等)的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是一种电能变换装置。
由子是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，因此转换效率比较高。
但转换输出的波形却很差，是含有相当多谐波成分的方波。
而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC/AC逆变器技术发展中的一个主要问题。
基本原理：常用逆变器主电路的基本形式有两种分类方法：按照相数分类，可以分为单相和三相；按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。
具体如下：DC/AC逆变器按拓扑结构划分，分为Buck型DC/AC逆变器，Boost型DC/AC逆变器，Buck-Boost型DC/AC逆变器。
1，Buck型D C/AC逆变器Buck型D C/AC逆变器电路基本拓扑如图所示。
采用了两组对称的Buc k电路，负载跨接在两个Buck变换器的输出端，并以正弦的方式调节Bu ck变换器的输出电压，进行DC/AC的变换。
它包括直流供电电源Vm，输出滤波电感L1和L2，功率开关管S1-S4 。
滤波电容C1和C2，续流二极管D1-D4，以及负载电阻R。
理学ACDC变换技术
图4-12 单相桥式可控整流电路及阻性负载时电流和电压波形
由于属于全波整流，因此其输出平均电压为半波整流的两倍 当 时，相当于不控桥式整流；当 时，输出电压为零，故晶闸管可控移相范围为1800。 负载电流平均值为：
1）R负载 输出直流电压平均值： 这两个电路各点电流、电压的波形如图4-10所示。比较这两电路可以发现： 带中心抽头的全波整流电路需要带中心抽头的变压器，桥式整流则不需要； 带中心抽头的全波整流只需要两个二极管，每半周期内只有一个二极管导通，单相全桥整流需要4个二极管，每半周期内有两个二极管导通，因此带中心抽头的全波整流的导通损耗是单相全桥整流的一半。 带中心抽头的全波整流电路中，二极管所承受的反向电压是单相全桥整流电路中二极管承受电压的两倍。
图4-6 单相半波可控整流电路及波形（纯阻负载）
电流i0值为： 在交流电压正半周快结束时，晶闸管中的电流自然的下降到维持电流以下，晶闸管自动进入阻断状态，负载电流变为零，交流电源为负时，在负半周期间，晶闸管转入反向阻断状态，电源电压又全部加在晶闸管上，负载上电压又为零。而后，电路重复上述过程。 因此，在电源工作周期内，负载上只是得到脉动直流电压，其脉动频率与电源频率一样，它的波形只在电源电压正半周出现，故称为单向半波可控整流电路。
1）电阻负载 忽略整流管的导通压降和反向漏电流，在阻性负载下，电压波形和电流波形完全一样。 则整流输出电压平均值为： 输出电流平均值为： 由有效值定义，输出电压和电流有效值为：
2）R-L负载 负载电路如图4-2所示，根据电路理论，可以写出电压平衡方程 这是一阶微分方程，解此方程可得： 图4-3是R-L负载时的波形。 从图可以看出：由于 ，有负电压产生，尽管输入电压已为负，二极管仍然导通，其正向导通角大于 ，二极管关断时，电流为零。
DC-AC变换技术
→ 照明等 其他直 流负载
→ 热水器
发电车 ac380v
→ 空调 → 整流装置 → 蓄电池
→ 照明等 其他直 流负载
DC110v电源装置
具体电路
三相方波逆变器
❖ 三相逆变器电路可以由三个单相逆变器组成，通 常三相逆变电路采用三相桥式电路，三相桥式电 路如图所示。每个桥臂（Red leg，Yellow leg， Blue leg）相互延迟1200。
单独供电
❖ 单独供电方式，一直以车轴式作为主导 。随着空调客车的大量运用，客车用电量 不断增加，客车供电方式正处于新旧交替 时期，以柴油发电机组作为电源的车辆愈 来愈多。
车轴式供电
轴驱式发电机的供电系统有许多缺点。
首先,客车发电机的机械传动是一个复杂的结构部件,经常 损坏,特别是在高速运行时。
此外,轴驱式发电机显著增加车辆的运行阻力。例如,在运 行速度90公里/小时时,车辆的运行阻力由于有轴驱式发电 机而增加28%。客车独立供电系统由于能量多次转换(在电 力机车上电能变成机械能,之后在客车上机械能变成电能), 因而效率低。它由机车的平均运用效率、减速器、发电机 及蓄电池的效率所决定。此时在额定功率下供电系统的效 率大约是50%
分类2：电压型逆变器与电流型逆变器
负载电压
负载电流
❖ 输入电压为恒压源称为电压源逆变器
❖ 输入为恒流源称为电流源逆变器，在实际应用中使 用较少。
分类3： ❖ 两图有何区别?
分类4：半桥与桥式 分类5：自然换流与强迫换流 分类6：正弦逆变与非正弦逆变
……
负载的分类
逆变器输出在负载为阻性时… 逆变器输出在负载为感性或容性负载时…
Q 4
Q 1 t
电力电子技术41逆变
1
U1
n2,3
Un n2
2 2
考察第n次谐波对波形畸变的影响程度，可定义第n次谐波的
整流器
逆变器
市电
负载
蓄 电 池
电力电子技术 4.1 概述
重点学习内容:
1. 逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。 2. 逆变器的三种基本变换方式——方波变换、阶梯波变换、正弦波
变换。 3. 方波逆变器的基本电路及其特点。 4. 阶梯波逆变器的基本电路及其特点。 5. 正弦波逆变器及其SPWM控制。 6. 空间矢量PWM控制的基本问题——原理、矢量分布、矢量合成。
电力电子技术
Power Electronics
电力电子技术 第4章 DC－AC变换器
基本内容
1 概述 2 电压型逆变器（VSI） 3 空间矢量PWM控制
4 电流型逆变器
电力电子技术
4.1 概述
DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流输入电压（或电流） 变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压（或电流）， 并向无源负载（如电机、电炉、或其它用电器等）供电的 电力电子装置。
的的T输HD出—波—形T的oTtaHlDH要ar低m呢on？ic Distortion，衡量
因此，为减少D谐C-波AC含变量换的时重的要交指流输标出谐波，可以考虑采用方
波变换叠加以增加输出交流波形的输出电平数 。
a)
b)
电力电子技术
4.1.1 逆变器的基本原理
u
Um
阶梯波
2. 阶梯波变换方式
正弦波
由于这种多电平输出的交流波形形
o
π
2π t
似阶梯波形，因此采用方波叠加的
DC-AC变换方式即为交流阶梯波变
DC-AC逆变器_DC-AC逆变器的基本原理
DC/AC逆变器,DC/AC逆变器的基本原理背景知识：DC/AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。
DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。
DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT 和功率MOSFET模块等)的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是一种电能变换装置。
由子是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，因此转换效率比较高。
但转换输出的波形却很差，是含有相当多谐波成分的方波。
而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC/AC逆变器技术发展中的一个主要问题。
基本原理：常用逆变器主电路的基本形式有两种分类方法：按照相数分类，可以分为单相和三相；按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。
具体如下：DC/AC逆变器按拓扑结构划分，分为Buck型DC/AC逆变器，Boost型DC/AC逆变器，Buck-Boost型DC/AC逆变器。
1，Buck型DC/AC逆变器Buck型DC/AC逆变器电路基本拓扑如图所示。
采用了两组对称的Buck电路，负载跨接在两个Buck变换器的输出端，并以正弦的方式调节Buck变换器的输出电压，进行DC/AC的变换。
它包括直流供电电源Vm，输出滤波电感L1和L2，功率开关管S1-S4 。
滤波电容C1和C2，续流二极管D1-D4，以及负载电阻R。
通过滑模控制，使输出电容电压V1和V2随参考电压的变化而变化，从而使两个Buck变换器各产生一个有相同直流偏置的正弦波输出电压，并且V1和V2在相位上互差180度。
由于负载跨接在K和代的两端，则DC/AC变换器的输出电压玲为如下式所示的正弦波，图2所示即为逆变器的基本工作原理。
dcac变换器工作原理
dcac变换器工作原理DC-AC变换器是一种电子设备，用于将直流电源转换为交流电源。
它广泛应用于工业、家庭和商业领域，用于为电子设备如电灯、冰箱、电视机等提供所需的交流电源。
DC-AC变换器的工作原理基于电磁感应和电子开关技术。
下面详细介绍DC-AC变换器的工作原理。
1.输入电压稳压DC-AC变换器通常需要一个稳定的直流输入电压作为供电。
这个直流电压通常来自于电池、直流电源或电力系统的整流器输出。
在输入电压进入DC-AC变换器之前，通常需要一个电压稳定器来确保输入电压的稳定性。
2.电子开关转换直流电压DC-AC变换器中最重要的组件是电子开关器件，如晶体管或功率MOSFET。
这些开关器件可以控制电流的通断，从而将直流电压转换为可变的脉冲电压。
当开关器件导通时，它们允许电流通过。
当它们断开时，电流被阻断。
通过控制开关器件的导通和断开时间，可以生成预期的正弦波输出。
3.输出滤波器由于开关器件产生的输出是离散的脉冲信号，需要一个输出滤波器来将其转化为连续的正弦波形。
输出滤波器通常由电感和电容组成。
电感将高频脉冲信号变为电流，而电容则充当储能元件，将电感输出的电流平滑成连续的正弦波形输出。
输出滤波器对于减小输出的谐波含量和噪音非常重要。
4.控制电路为了确保DC-AC变换器的稳定性和可靠性，通常需要一个控制电路来监测输入电压、输出电压和负载变化，并相应地调节开关器件的导通和断开时间。
控制电路通常由微控制器、比较器和反馈系统组成。
微控制器用于监测输入和输出，以及根据反馈信号控制开关器件的操作。
比较器用于将实际输出与期望输出进行比较，并调整控制信号。
反馈系统通常使用电流传感器和电压传感器来提供实时反馈信号。
5.保护电路由于DC-AC变换器通常用于供电敏感设备，需要一些保护电路来确保其正常运行。
保护电路通常包括过电流保护、过温保护和短路保护等。
当变换器输出超过额定电流、温度过高或发生短路时，保护电路将切断输出或限制输出电流，以保护设备和用户的安全。
第五章 DC-AC变换电路(1)
注意：半控桥或有续流二极管的电路不能实现有源 逆变。
5.2
有源逆变应用电路
Ud=Ud0cos α 0＜α＜π/2 Ud＞0 整流 π/2 ＜α＜ π Ud＜0 逆变 逆变角β：以α=π为计量起始点，向左度量。 即： π-α= β ，π/2 ＜α＜π即 0＜ β＜π/2 ∴ Ud=Ud0cos α = -Ud0cos β 一、三相半波逆变电路 二、三相桥式逆变电路
2。单相电压型逆变电路的工作原理
3。三相电压型逆变电路的工作特点
4。三相电压型逆变电路输出电压计算
作业：由IGBT构成的三相电压型逆变电路，已 知，现在是VT3、VT4、VT5导通，问下一步 应触发哪一个管子，关断哪一个管子，换流结束 后，在图中标出负载电流方向，及此时三相相电 压值。
电流型逆变器(CSTI)
要求：1、了解电流型逆变器的特点 2、单相电流型逆变电路——并联谐振 式逆变器 3、三相电流型逆变电路——串联二极 管式电流型逆变器
电流型逆变器(CSTI)
一、电流型逆变器的主要特点
1、直流侧串联有大电感，相当于电流源。直 流电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。 2、交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻 抗角无关。 3、直流侧电感起缓冲无功能量的作用。但其 不必像电压型逆变电路给开关器件反并联二 极管。
2 二、三相 电压型逆 变电路
3 三、单相 电流型逆 变电路
4
四、三相 电流型逆 变电路
逆变电路按其直流电源性质不同分为两种 电压型逆变电路或电压源型逆变电路 电流型逆变电路或电流源型逆变电路
电压型逆变电路（VSTI）
一、主要特点 1）直流侧为电压源，或并联大电容，相当于电压 源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻 抗 2）交流侧输出电压波形为矩形波，并与负载阻抗 角无关。 3）直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交 流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥 各桥臂都并联反馈二极管。
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Ts
ToTsnt
t
Ts /2
(b)
(c) ( a)
( c)
Ts Tot n T s /2 ( b)
Q1 t t
t
t Ts
A
移相控制方式
3
4
移相控制方式的工作过程是Q1和Q3轮流导通，各导
通180度角；Q2和Q4也是这样，但Q1和Q4不是同时导
通。
Q1 V
in
Q
3
D1
Q2
A
Z
D3
Q
4
(a)
Q1
Q3
Q 1
f(t)A0 Ansint(n) n1
方波的各次谐波
f(t)A0 Ansint(n) n1
逆变器输出
A1si nt (1)
基波
3次 谐 波
A3si3 nt(3)
5次 谐 波
A5si5 nt(5)
基波为1
3次 谐 波 为 0.33 5次 谐 波 为 0.2 7次 谐 波 为 0.14 9次 谐 波 为 0.11 11次 谐 波 为 0.09
V
VAB
ABVAB
Vin
Vin
B
t
D4 i R
i
i L
R
Q3
Q 1
Q 3
D4
Q 4
QQ12Q4D1
QQ2
4
DQ31
t
Q1 D3
Q 3
D4
Q 4
t
Q1 D2 t tQ2 D1 Q 4Q1
V AB
t
V
AB
t
tt
t
i
iL
L
Q3 D1 Q2
Ton Ts /2
(a)
(b)
Ts t Ton Ts /2 Ton TTTosns /2tT s /2
Q2 D1
Q 1tt来自V ABtt
i L
Ton Ts/2
t Ts
Ton Ts/2
t Ts
(a)
(b)
(c)
输出电压为π电角度的方波交流电，宽度等于Ton（Q1或Q2
的导通时间）。
数量关系
Vab=？
其输出电压有效值为：
D1
Q 1
V AB A
Vin/2
D2 i R
Q2
Q1
Q1 D2
Q2 D1
Q1
t
t
V AB
i R
iL
Q 1
Qt 3 D4 Q 1 DQ34
Q2 D1
t
Q 1
Q 4
t
V AB
t
t
i L
Q3 Q2
(a)
Ton Ts /2 (b)
t
Ts Ton T s /2
To
n
Ts
Ts
t/2
( c)
t
Ts Ton T s /2
( a)
( b)
A
受限双极性控制方式(感性负载）
B Q1
V
in
Q
3
Q 1
D1
Q2Q4
❖ 1964年，德国学者A. Schonung 和H. Stemmler 率先提出了脉宽调制（PWM: Pulse Width Modulation）的思想，把通讯技术中的调制技术 应用于交流传动中，开创了DC-AC技术研究的新领 域。
❖ 发展现状
PWM波形生成原理
在采样控制理论中，有一个重要结论：冲量相 等而形状不同的脉冲，加在具有惯性的环节上 时，其效果基本相同。冲量，即是指窄脉冲的 面积。这里所说的效果相同，是指环节的输出 响应波形基本相同。如果将其输出波形用傅氏 变换分析，其中低频特性基本相同，仅在高频 段略有差异。
DC600v集中供电系统工作原理
DC600v集中供电系统工作原理
电气化区段运行方式
❖ 25kv→受电弓→主变压器→整流，滤波 →DC600v
逆变器 → 空调
DC600v
→ 热水器
DC110电 → 蓄电池 压装置
照明等
→ 其他直 流负载
非电气化区段运行方式
发电车 DC600v
逆变器 → 空调 → 热水器
其瞬时值表达式为：
工作原理（感性负载时）
Q1
QD11
V
in
V
A
in
Q
3
QD33
QD21
Z
A Q
D43
(a)
QD22
QQ 1 4D2
Q2Q QQ3 14
VAB
VAB
ZB
Vin B
Vin
QD44 i R
D4 i R
QQ12Q4Q3
Q 4
QD13Q4
t
Q1 D2t
Q3Q4DD4 3 QQ2 1DD1 2
共阳极组中导通 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 的晶闸管
输出电压波形是怎样的？
❖ 3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波
❖ 在实际问题中，除了正弦函数外，还会遇到许多非 正弦的周期函数，为了研究非正弦的周期函数，将 周期函数展开成由三角函数组成的级数。
将周期函数展开，它的物理意义是很明确的，即把 一个比较复杂的周期运动看成是许多不同频率的简 谐振动叠加。
Ts
tTon Ts /2
(a)
( a)
(b)
( b)
( c)
t Ts
A
在D3，Q4导通期间为何iL保持不变？
1
2
3
双极性控制与受限双极性控制的区别
Q2
Q1
Z V
in
Q
4Q
3
(a)
B
D2
Q1 Q4
D1
VAB
B
A
Q2
Vin
Z
D4 D3i
Q
4
R
Q2 Q3
D2
Q1Q4 Q1 tQ4
Q1
Q 4
QQ12
D
DQ233Q4
车轴式供电
轴驱式发电机的供电系统有许多缺点。
首先,客车发电机的机械传动是一个复杂的结构部件,经常 损坏,特别是在高速运行时。
此外,轴驱式发电机显著增加车辆的运行阻力。例如,在运 行速度90公里/小时时,车辆的运行阻力由于有轴驱式发电 机而增加28%。客车独立供电系统由于能量多次转换(在电 力机车上电能变成机械能,之后在客车上机械能变成电能), 因而效率低。它由机车的平均运用效率、减速器、发电机 及蓄电池的效率所决定。此时在额定功率下供电系统的效 率大约是50%
和及其反并t 二极管和构成另一t
D2 i
个桥臂，两桥i 臂的中点为输出
R 端，可以通过L 变压器输出，也
可由这两端直接输出。
Ton Ts/2
t Ts
Ton Ts/2
t Ts
(b)
(c)
工作原理（阻性负载时）
C
V in B
Q1
iL
Z
C
Q
2
D1
Q 1
V AB A
Vin/2
D2 i R
Q2
Q 1
Q1 D2
第6章 DC-AC变换技术
概念
❖ 把直流电变成交流电称为逆变，相应的功率变换装 置被称为逆变器。
分类1：有源逆变与无源逆变
❖ 如果把逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电 逆变成同频率的交流电送到电网去，叫有源逆变；
❖ 如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到 负载，即把直流电逆变成某一频率的交流电供给负 载，则叫无源逆变。
分类2：电压型逆变器与电流型逆变器
负载电压
负载电流
❖ 输入电压为恒压源称为电压源逆变器
❖ 输入为恒流源称为电流源逆变器，在实际应用中使 用较少。
分类3： ❖ 两图有何区别?
分类4：半桥与桥式 分类5：自然换流与强迫换流 分类6：正弦逆变与非正弦逆变
……
负载的分类
逆变器输出在负载为阻性时… 逆变器输出在负载为感性或容性负载时…
DC110电 压装置 → 蓄电池
→ 照明等 其他直 流负载
→ 热水器
发电车 ac380v
→ 空调 → 整流装置 → 蓄电池
→ 照明等 其他直 流负载
DC110v电源装置
具体电路
三相方波逆变器
❖ 三相逆变器电路可以由三个单相逆变器组成，通 常三相逆变电路采用三相桥式电路，三相桥式电 路如图所示。每个桥臂（Red leg，Yellow leg， Blue leg）相互延迟1200。
S 1b
S2 b S3 b S4 b S5 b S6 b
π
2π
π
2π
ωt ωt ωt ωt
ωt ωt
6个开关的驱动信号
6个状态的等效电路如图所示
： ❖ 可以求出6个状态时三相输出电压
❖ 由上式画出三相输出相电压波形，如图所示，可见波形每个周期由六 个阶梯组成，因此又称为六阶梯波。我们称 、 、 为逆变器相电 压； 、 、 为逆变器线电压。
如何去除谐波？
❖ 方波逆变器输出是一交变方波电压，在某些场合可以直接应 用，例如在驱动交流电机等应用中；在另一些场合，方波逆 变器输出就必须进行滤波，才能满足应用的需要。
低通滤波
由于基波和谐波频率差较小，低通滤波器设计相当困难。
§6.3脉冲宽度调制（PWM）
❖ 背景：
❖ 方波逆变器可以方便地调整输出电压的频率，但 输出电压的幅度在逆变环节中无法调节，通常需 要增加调压环节完成调压功能，但这种方法使系 统复杂，且输出电压谐波大。
D2
QQ 14
Q2
Q
Q3
4
VAB Vin V AB
V in
B