09第四章 无源逆变电路03
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单相全桥无源逆变电路
无源逆变器的应用： 无源逆变器的应用 目前几乎所有的电力电子变换电路都包含有无源逆变电 路，是电力电子技术中的最核心部分。 1. 变频调速（交流电机驱动） 2. 感应加热 3. 隔离型开关电源 4. 高频直流焊机 5. 脉冲电源 6. 节能照明
4.2 无源逆变器的分类
电压型和电流型逆变器 单相和三相 半桥、全桥、推挽式 换流方式： 换流方式：在电力电子变换电路中，电流从一 个支路向另一个支路转移的过程称为换流。 1. 器件换流（全控型器件）； 2. 电网换流（有源逆变，晶闸管构成的AC－AC）； 3. 负载换流（谐振电路－－串联谐振和并联谐振）； 4. 强迫换流（半控器件＋辅助换流电路）。
调节不方便、谐波含量大，开关器件损耗小。 应用较少。
2. 脉冲移相（单脉冲方波逆变器）
调节方便、谐波含量大，开关器件损耗小。 应用较多。
3. PWM（pulse width modulation）调制
调节方便、谐波含量小，开关器件损耗较大。 应用领域最广泛（整流，逆变，直流变换，APF等）
逆变器输出频率的调节 改变逆变器开关器件的触发频率。
电压型单相全桥无源逆变电路
课件4
4.1 无源逆变电路
无源逆变电路： 无源逆变电路： 将直流电转换为频率、幅值可调的交流电，并直接供 给负载的逆变电路。 有源逆变电路： 有源逆变电路： 将直流电转换为交流电并馈送到交流电网的逆变电路。 区别和联系： 区别和联系：
1. 二者都是DC-AC电路； 2. 有源逆变电路的输出和电网的交流电有直接关系，即逆变器 的输出和电网电压同频同相；无源逆变的输出直接联接负载，和电 网电压无关。
4.3 电压型单相全桥无源逆变电路
电路结构
图1 电压型单相全桥无源逆变电路
无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？
无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？
无源逆变电路和有源逆变电路是两种常见的逆变电路，它们在工作原理和特点上有一些不同之处。
无源逆变电路（Passive Inverter）：
1.无源逆变电路是基于电容、电感和二极管等被动元件构成
的。
2.无源逆变电路依赖于负载的特性或外部电源提供的能量，
并通过切换元件改变电流和电压的方向来实现逆变。
3.无源逆变电路没有独立的功率放大器或控制元件，不能主
动控制输出波形，输出波形受限于其负载和电源的特性。
4.无源逆变电路一般适用于低功率、较简单的应用场景，例
如小功率逆变器、逆变电路的充电和放电等。
有源逆变电路（Active Inverter）：
1.有源逆变电路基于晶体管、MOSFET、IGBT等有源元件构
成的。
2.有源逆变电路包含独立的功率放大器和控制元件，能够主
动控制输出波形，实现精确的逆变操作。
3.有源逆变电路能够提供较高的功率密度、高效率和更精确
的电压/频率输出。
4.有源逆变电路通常适用于高功率、高精度的逆变应用，例
如工业变频器、UPS电源、太阳能逆变器等。
总体而言，无源逆变电路是基于被动元件，无法主动控制输出
波形，适用于低功率场景；而有源逆变电路则使用主动元件，具备主动控制能力，适用于高功率和高精度的逆变需求。
选择适用的逆变电路取决于所需功率、精度和控制要求等因素。
电力电子技术4章 无源逆变电路
2020/6/17
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.3 电压型三相桥式逆变电路
1、工作过程：
电压型三相桥式逆变电路的基 本工作方式为180°导电型，即每个 桥臂的导电角为180°，同一相上下 桥臂交替导电的纵向换流方式，各 相开始导电的时间依次相差120°。
在一个周期内，6个开关管触 发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相隔60°，任一时 刻均有三个管子同时导通，导通的 组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5 ，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组 合工作60°。
2、工作原理：
输出Ud负为载输。入直流电压，R为逆变器的
，当逆开变关器输T1、出T电4闭压u合0=，UTd；2、T3断开时
，当输开出关电压T1、u0T=4－断U开d
，T2、T3闭 ;
合
时
T4.2当2、.4以T(3b频时)所率，示f则S的交在交替电变切阻电换R压开上波关获形T1得，、如其T4
和 图 周
由
Ud
d L
io
dt
L2Iom Ts
2
可得负载电流峰值为：
Iom 4TLs Ud
(4.3.7)
2020/6/17
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
3）阻感负载RL时
0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号 ，由于电流i0为负值，T1和T4不导通， D1、D4 导 通 起 负 载 电 流 续 流 作 用 ，
其线电压的瞬时值为：
u B C 2 3 U d si t n 1 5 s5 it n 7 1 s7 it n 1 1 s1 1 it n 1 1 1 s3 1 it n 3 (4.3.10)
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.3 电压型三相桥式逆变电路
1、工作过程：
电压型三相桥式逆变电路的基 本工作方式为180°导电型，即每个 桥臂的导电角为180°，同一相上下 桥臂交替导电的纵向换流方式，各 相开始导电的时间依次相差120°。
在一个周期内，6个开关管触 发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相隔60°，任一时 刻均有三个管子同时导通，导通的 组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5 ，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组 合工作60°。
2、工作原理：
输出Ud负为载输。入直流电压，R为逆变器的
，当逆开变关器输T1、出T电4闭压u合0=，UTd；2、T3断开时
，当输开出关电压T1、u0T=4－断U开d
，T2、T3闭 ;
合
时
T4.2当2、.4以T(3b频时)所率，示f则S的交在交替电变切阻电换R压开上波关获形T1得，、如其T4
和 图 周
由
Ud
d L
io
dt
L2Iom Ts
2
可得负载电流峰值为：
Iom 4TLs Ud
(4.3.7)
2020/6/17
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
3）阻感负载RL时
0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号 ，由于电流i0为负值，T1和T4不导通， D1、D4 导 通 起 负 载 电 流 续 流 作 用 ，
其线电压的瞬时值为：
u B C 2 3 U d si t n 1 5 s5 it n 7 1 s7 it n 1 1 s1 1 it n 1 1 1 s3 1 it n 3 (4.3.10)
无源逆变电路
u
o
U
m
+
V
O
t
U
1
d
VD
1
-Um
i
o
2
i
o
R
L
U
d
t O t
1
3
t
u
4
U
o
d
t
2
t
5
t
6
t
V2
2
2
VD
2
V1 VD
1
V VD
2
2
V1 VD
1
V
2
VD
a)
• V1或V2通时，负载电流io和电压uo同方向，直流侧向负载提供能量 • VD1或VD2通时，io和uo反向，负载电感中贮藏的能量向直流侧反馈
V4
VD 4
-
t3时刻V3和V4栅极信号再 次反向， V3截止， V4不能
34
V4
VD 4
-
+
V1 Ud C V2 VD1 R io L uo VD 2 V3 VD 3
t1时刻前V1和V4导通，输出电 压uo为ud t1时刻V3和V4栅极信号反向， V4截止，因io不能突变，V3不能 立即导通，VD3导通续流，因V1 和VD3同时导通，所以输出电压
V4
VD 4
-
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O io t1 t2 t3 uo
1
V VD
2
2
V VD
1
1
VD
2
u
o
+
m
U O
U
d
V
1
t
第4章无源逆变
※强迫换流逆变电路-(电容换流）
S VT
S S
+
负载
VD VT
+
C VD VT
+C
L 负载 b)
L 负载
a)
直接耦合式强迫换流 图 5-3 （电压换流）
电感耦合式强迫换流 （电流换流)
图5-4
4.2 电压型逆变电路
4.2.1单相电压型逆变电路 （1） 半桥逆变电路
*导电方式：V1，V2信号互补，各导通180
思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电 压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？
★只能靠改变输入直 若不采用整流和斩 流电压的大小来改变 波，能否直接进行 输出电压的有效值。 调制呢？为此提出 可以通过整流电路， 了导电方式二： 斩波电路来实现。
移相导电方式。
导电方式二（移相导电）： V1,V2信号互补；V3,V4信号互补；V3信号比V1 信号落后θ（ 0〈θ〈180）
第四章 逆变电路
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电
交流侧接电网，为有源逆变
交流侧接负载，为无源逆变
本章讲述无源逆变
学习内容：
4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路（单相）
4.3 电流型逆变电路
※重在电路结构，工作原理
4.1 换流方式
4.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1-S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及
4.3 电流型逆变电路
*电流型逆变 直流侧输入电源为电流源
电流型逆变电路的特性： （1）直流侧串大电感，相当于电流源。直流侧 电流基本无脉动。 （2）因为是恒流，输出电流波形是矩形波，输 出电压波形与负载有关系。 （3）电路中不必加反馈二极管。（为什么？） （4）电感起到缓冲无功能量的作用。
无源逆变电路
26
5.3.3 三相电压型逆变电路
注意：为防止同一相上下桥臂开关器件同时导通而 引起直流侧电源短路，通常采取“先断后通”的方法。 即在器件关断后留一定裕量，也称为死区时间，然后 再给出应导通的器件的开通信号。
电压型逆变电路 特点
•直流侧为电压源或并联 大电容，直流侧电压基 本无脉动。 •输出电压为矩形波，输 出电流因负载阻抗不同 而不同。 •阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧 反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二 极管。因为输出电压极性不可改变，交流侧要向直 流侧反馈无功，只能通过改变电流的方向实现，所 以需并联反馈二极管以提供反向电流通路。
5.4.2 三相电流型逆变电路
电路分析 基本工作方式是120°导 电方式－每个臂一周期内导电 120°，VT1-VT6每隔60度一次 触发导通。因此，任一时刻上 下桥臂组各有一个臂导通，换 O i 流方式为横向换流。 O 在负载端并联三相电容，为负 i 载电感中的电流提供流通路径， O 以吸收电感中存储的能量 u
5.1.1 有源逆变电路
1 单相双半波有源逆变电路
1、电路结构
VT1
u2 u2
VT2
id
+ L ud 电能 +
E R
VT1
u2 u2
M
VT2
id
ud
L
E
R
电能 +
-
-
M +
u2
0
图3-1
t
u2
0
t
ug
0
ug
t
Ud
E
ud
0
ud
0
t
0
t
Ud E
t
5.3.3 三相电压型逆变电路
注意：为防止同一相上下桥臂开关器件同时导通而 引起直流侧电源短路，通常采取“先断后通”的方法。 即在器件关断后留一定裕量，也称为死区时间，然后 再给出应导通的器件的开通信号。
电压型逆变电路 特点
•直流侧为电压源或并联 大电容，直流侧电压基 本无脉动。 •输出电压为矩形波，输 出电流因负载阻抗不同 而不同。 •阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧 反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二 极管。因为输出电压极性不可改变，交流侧要向直 流侧反馈无功，只能通过改变电流的方向实现，所 以需并联反馈二极管以提供反向电流通路。
5.4.2 三相电流型逆变电路
电路分析 基本工作方式是120°导 电方式－每个臂一周期内导电 120°，VT1-VT6每隔60度一次 触发导通。因此，任一时刻上 下桥臂组各有一个臂导通，换 O i 流方式为横向换流。 O 在负载端并联三相电容，为负 i 载电感中的电流提供流通路径， O 以吸收电感中存储的能量 u
5.1.1 有源逆变电路
1 单相双半波有源逆变电路
1、电路结构
VT1
u2 u2
VT2
id
+ L ud 电能 +
E R
VT1
u2 u2
M
VT2
id
ud
L
E
R
电能 +
-
-
M +
u2
0
图3-1
t
u2
0
t
ug
0
ug
t
Ud
E
ud
0
ud
0
t
0
t
Ud E
t
电力电子技术课件逆变电路
三相负载
对称， 值为零
➢负载中点和电源中点间电压
uNN'
1 3
(uUN'
uVN'
uWN'
)
1 3
(uUN
uVN
uWN )ห้องสมุดไป่ตู้
4-24
三相电压型逆变电路
返回
三相桥电压型逆变电路输出线电压傅里叶级数表达式：
uUV
2
3Ud
sin
t
1 5
sin
5t
1 7
sin
7t
1 11
sin11t
1 13
sin13t
4-14
单相电压型逆变电路
返回
（2） 全桥逆变电路
+
V1
Ud
C
V2
-
V3 VD 1 R io L
uo VD2 V4
VD3 由四个臂构成，
输入端并有一个
VD4 电容。负载接在 上下两组臂之间。
图5-5
图4-7 单相全桥电压型逆变电路
4-15
单相电压型逆变电路
返回
※导电方式一：V1,V4同时通断；V2,V3同时通断。V1,V4与
近性正小弦失波谐。负载）。
4-31
单相电流型逆变电路
返回
2) 工作分析
基本导电方式：1，4同时 通断，2，3同时通断。
Ld A
Id VT1 LT1 io LT2
基波幅值
U o1m
4Ud
sin 2
1.27Ud
sin 2
基波有效值
2 Uo1
2Ud
sin
2
0.9Ud
sin
2
4-20
电力电子技术讲座4无源逆变电路
+
uO L
-
T2 y
Id 0 uo π 2π
R
C
T3
ωt
并联谐振时负载电压是 电压与电流同相位
uo
4 I dc R
p
sin s t
西南交通大学
第6节 SPWM技术 脉宽调制是用高度相同，宽度不等的矩形脉冲列去 逼近正弦电压或电流波形，规则是面积相等
显然脉冲的宽度与正弦信号的高度成正比 将正弦波（调制波）与等腰三角波（载波）相比较 当正弦信号幅值大于三角时，比较器输出+1否则输 出-1。这样得到脉宽按正弦规律分布的脉冲列
分段同步调制 同步调制时，由于mf为常整数，当正弦波的频率
西南交通大学
提高时三角波的频率也相应提高，即开关频率也 提高。为解决这个问题，采用“分段同步调制” 。 将逆变器的工作频率范围划分为若干个频率段， 在每个频率段保持各自的频率调制比为常数
无源逆变电路
第1节 直交逆变电路的原理 当T1、T3通T2、T4断时uO为正；当T2、T4通T1、T3断 时uO为负。如果每组开关对称通、断半个周期， 则在负载电阻上就得到了交流电压uO，其幅值为 直流电源Ud，频率取决于两组开关的切换频率。
T1
io +
Ud
T4
uo
R
T2 -
uo
Ud
T13
T24 ωt
T1 Ud x D4
T13
D1
T2
+
uO
Z
D2
T3
T24
y D3
T4
uo
Ud 0
io
φ
iD13 id
π iT13 iD24
2π
ωt
ωt iT24 ωt
无源逆变电路
2.交流侧电压的波形为矩形波，与负载无关，而交 流侧电流波形则与负载类型有关。
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
1、电路工作过程：
当 T1、T4 导 通 ， T2、 T3关断时，I0=Id ；反之， I0=-Id 。
当以频率f交替切换 开关管T1、T4和T2、T3 时，则在负载上获得如 图 4.4.1（b）所示的
带电感性负载的情况：
带电感性负载时，输出电压仍然是交流方波，与电阻性负载 时一样。输出电流不再是方波，而是连续的近似三角波， 如图4.3.1所示。
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
优点： 简单，使用器件少； 缺点： 1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需两个电容进行分压； 3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要 接LC滤波器，以滤除逆变器输出电压中的高次 谐波。
2.交流侧电流的波形为矩形波，与负载无关，而交 流侧电压波形则与负载类型有关。
4.5.1 SPWM控制的基本原理
1、PWM产生原理：
•
将一个正弦波半波电压
分成N等份，并把正弦曲线每
一等份所包围的面积都用一
个与其面积相等的等幅矩形
脉冲来代替，且矩形脉冲的
中点与相应正弦等份的中点 重合，得到如图4.5.1（b） 所示的脉冲列。这就是PWM
电流波形。
恒流大电感
图4.4.1 电流型单相桥式 逆变电路及电流波形
输出电流波形为矩形波，与电路负载性质关管采用自关断器件时，如果其反向 不能承受高电压，则需在各开关器件支路串入二 极管。
4.4.3
电流型逆变电路的主要特点
1.直流侧接有大电感，相当于电流源，输入是恒定 的直流电流。
（2）根据电路的结构特点分类 ① 半桥式逆变电路； ② 全桥式逆变电路； ③ 推换式逆变电路； ④ 其他形式
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
1、电路工作过程：
当 T1、T4 导 通 ， T2、 T3关断时，I0=Id ；反之， I0=-Id 。
当以频率f交替切换 开关管T1、T4和T2、T3 时，则在负载上获得如 图 4.4.1（b）所示的
带电感性负载的情况：
带电感性负载时，输出电压仍然是交流方波，与电阻性负载 时一样。输出电流不再是方波，而是连续的近似三角波， 如图4.3.1所示。
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
优点： 简单，使用器件少； 缺点： 1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需两个电容进行分压； 3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要 接LC滤波器，以滤除逆变器输出电压中的高次 谐波。
2.交流侧电流的波形为矩形波，与负载无关，而交 流侧电压波形则与负载类型有关。
4.5.1 SPWM控制的基本原理
1、PWM产生原理：
•
将一个正弦波半波电压
分成N等份，并把正弦曲线每
一等份所包围的面积都用一
个与其面积相等的等幅矩形
脉冲来代替，且矩形脉冲的
中点与相应正弦等份的中点 重合，得到如图4.5.1（b） 所示的脉冲列。这就是PWM
电流波形。
恒流大电感
图4.4.1 电流型单相桥式 逆变电路及电流波形
输出电流波形为矩形波，与电路负载性质关管采用自关断器件时，如果其反向 不能承受高电压，则需在各开关器件支路串入二 极管。
4.4.3
电流型逆变电路的主要特点
1.直流侧接有大电感，相当于电流源，输入是恒定 的直流电流。
（2）根据电路的结构特点分类 ① 半桥式逆变电路； ② 全桥式逆变电路； ③ 推换式逆变电路； ④ 其他形式
【学习课件】第4章无源逆变电路工学硕士电力电子技术
（2）根据输出交流电压的性质可分为恒频恒压正弦波逆变电路 和方波逆变电路，变频变压逆变电路，高频脉冲电压（电流） 逆变电路。 （3）根据逆变电路结构的不同可分为半桥式、全桥式和推挽式 逆变电路。 （4）根据所用电力电子器件的换流方式不同，可分为自关断、 强迫关断、电网换流（有源逆变电路）、负载谐振换流逆变电 路等。
（2）给逆变电路供电的为理想直流电压源，直流侧电压无脉
动且不受负载影响；
（3）负载为理想负载， 变压器和电抗器无直流 内阻、铁心不饱和。 直流侧大电容分压，且 CO1=CO2 ，控制信号互
补，即ug1>0时,ug2=0 ； ug2>0时， ug1=0 。
＋。
Ud
Ud 2
Ud
。2
－
ug1
ug 2
uo Ud
逆变电路输出交流电波形除基波外总含有谐波。
1．谐波系数HF（Harmonic factor）
H Fn
Un U1
2．总谐波系数THD（Total harmonic distortion factor）
THD 1
U1
1
(
Un2)2
n2,3,4,…
3．畸变系数DF（Distortion factor）
ULnnLU nn 1Cn 1Cn22 U LnC1
基波幅值
UAO1ｍ ＝2U ｄ0.637Ud
基波有效值
UAO1ｍ＝2U 2ｄ0.45Ud
负载相电压的有效值 UAO 21 02uA 2Od(t)0.472Ud
线电压基波幅值 线电压基波有效值
负载线电压有效值
UAB1m 3UAO 1m1.1Ud
UAB1
UAB1m 2
0.78Ud
无源逆变
自换流逆变电路 外部换流逆变电路 熄灭 采用自换流方式逆变的电路 采用外部换流方式逆变的电路
当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而
是在支路内部终止流通而变为零
5.3 负载换流逆变电路
• 由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构 成RLC回路，当电路满足谐振条件时，这类逆 变电路称为负载谐振式逆变电路，或简称谐振 式逆变器。 •根据换流电容和负载的连接方式不同可分为： •并联谐振式逆变器 •串联谐振式逆变器两种。
单相桥式整流
如何实现逆变？
整流
u2正半周， VT1和VT4通 u2负半周， VT2和VT3通
如何实现逆变？
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 S i o 负载 3
i o t 1 t 2
1) 器件换流（Device Commutation）
– 利用全控型器件的自关断能力进行换流。 – 在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型 器件的电路中的换流方式是器件换流。
u u
u
u
A
A
VT
1
2) 电网换流（Line Commutation）
电网提供换流电压的换流方式。 将负的电网电压施加在欲 关断的晶闸管上即可使其关断。 不需要器件具有门极可关断能 力，但不适用于没有交流电网 的无源逆变电路。
u
uo Um O -U m i o O t t 1 2
V1
a)
t
t3 t 4
t t 5 6
V2 V1 V2
2
t
2
当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而
是在支路内部终止流通而变为零
5.3 负载换流逆变电路
• 由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构 成RLC回路，当电路满足谐振条件时，这类逆 变电路称为负载谐振式逆变电路，或简称谐振 式逆变器。 •根据换流电容和负载的连接方式不同可分为： •并联谐振式逆变器 •串联谐振式逆变器两种。
单相桥式整流
如何实现逆变？
整流
u2正半周， VT1和VT4通 u2负半周， VT2和VT3通
如何实现逆变？
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 S i o 负载 3
i o t 1 t 2
1) 器件换流（Device Commutation）
– 利用全控型器件的自关断能力进行换流。 – 在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型 器件的电路中的换流方式是器件换流。
u u
u
u
A
A
VT
1
2) 电网换流（Line Commutation）
电网提供换流电压的换流方式。 将负的电网电压施加在欲 关断的晶闸管上即可使其关断。 不需要器件具有门极可关断能 力，但不适用于没有交流电网 的无源逆变电路。
u
uo Um O -U m i o O t t 1 2
V1
a)
t
t3 t 4
t t 5 6
V2 V1 V2
2
t
2
《无源逆变电路》课件
无源逆变电路可用于电动汽车充电桩 中，将直流电能转换为交流电能，为 电动汽车充电提供方便。
无源逆变电路的重要性
提高能源利用效率
无源逆变电路能够实现电能的双向转换，提高能源的利用效率， 降低能源浪费。
促进可再生能源利用
无源逆变电路在分布式电源系统中的应用，能够促进可再生能源的 利用，减少对传统能源的依赖。
电流型无源逆变电路
总结词
通过电感或电容储能，利用半导体开关器件进行高速的导通和关断，将直流电能 转换为交流电能。
详细描述
电流型无源逆变电路采用电感或电容作为储能元件，通过半导体开关器件的高速 导通和关断，将直流电能转换为交流电能。其输出电流为矩形波，输出电压为正 弦波。
不同种类无源逆变电路的比较
统的可靠性和稳定性。
选用高质量器件
02
选用高质量的器件，如高品质的电容、电感等，提高系统的可
靠性和稳定性。
加强可靠性设计
03
采用冗余设计、容错设计等可靠性设计方法，提高系统的可靠
性和稳定性。
06
无源逆变电路的发展趋势与展望
高效能与低成本的发展趋势
高效能
随着电力电子技术的不断进步，无源逆 变电路的高效能发展趋势日益明显。通 过优化电路设计、采用先进的控制算法 等手段，不断提高无源逆变电路的能量 转换效率和电能质量，以满足各种应用 场景的需求。
复杂。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的无源逆变电路类型。
03
无源逆变电路的工作过程
电压型无源逆变电路工作过程
01
02
03
04
输入直流电压通过升压斩波电 路提高电压幅值。
提高后的直流电压作为逆变电 路的输入，经过全控开关器件
无源逆变电源的原理和应用
无源逆变电源的原理和应用1. 什么是无源逆变电源？无源逆变电源是一种可以将直流电源转换为交流电源的装置。
它通过使用少量的电子器件和电路配置来实现无源逆变，而不需要使用主动元件（如晶体管或开关管）进行逆变。
2. 无源逆变电源的原理无源逆变电源的原理基于共振现象和电容电感元件的交换作用。
下面是无源逆变电源的工作原理：•输入电压转换：无源逆变电源的输入电压通常为直流电压，它通过一系列的电容元件和电感元件进入电路。
这些元件能够将输入电压转换为正弦波交流电压。
•谐振现象：电容和电感元件的交换使得电路中的谐振现象发生。
电容元件储存了电荷，当电荷释放到电感元件时，电感元件会对电荷进行储存和释放。
这种交换作用在电路中产生了正弦波振荡。
•输出电压转换：当电路中的谐振现象发生时，输出端口将产生一种相对较高的正弦波交流电压。
这种电压可以用于驱动电器设备，如电动机、电灯等。
3. 无源逆变电源的应用无源逆变电源具有一些独特的优点，使得它在特定的应用场景中非常有用。
下面是无源逆变电源常见的应用领域：•太阳能系统：在太阳能光伏电池系统中，无源逆变电源被用来将直流电转换为交流电以供家庭或工业用途使用。
这种应用方式可以最大限度地利用太阳能，并为用户提供所需的交流电源。
•风力发电系统：在风力发电系统中，风力涡轮机将风力转换为机械能，然后通过发电机将机械能转换为直流电。
然而，由于大多数电器设备需要交流电，无源逆变电源用于将直流电转换为交流电以满足电器设备的需求。
•电动汽车充电器：电动汽车通常使用直流电进行充电，但是电动汽车的动力系统需要交流电。
因此，无源逆变电源可以用于将直流电转换为交流电，从而使电动汽车充电器能够为电动汽车提供所需的交流电源。
•UPS（不间断电源）系统：UPS系统是一种保护电子设备免受电力故障影响的电源备用装置。
无源逆变电源被用于将直流电转换为交流电，以保持UPS系统的正常运行，并为电子设备提供可靠的电源。
4. 无源逆变电源的优点和缺点4.1 优点•节能高效：无源逆变电源采用共振技术，能够提高转换效率，减少能量损耗，以及降低电能成本。
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第五节 三相SPWM逆变电路
电路与三相电压源方波逆变电 路相同 图4-15
一, 控制脉冲时序分布如图4-23 (a) 调制信号， 三相对称正弦 uga , ugb, ugc 幅值 Ugm 频率 f 三角载波 幅值 Ucm, 频率 fc T1,T4 由uga 和 uc 比较决定 T3 T6 , T5 T2 类似 二, 纯阻负载下电路工作情况 1, uAO uAO’ uAB
T4A
T4A
T4m
Ud/2
线电压UAB 优缺点
0
-Ud/2
* 谐波小, 电压可控 * 不需要输出变压器 * 器件数多, 直流端均压问题 (静态, 动态) 复杂
uSO = V + Ya - Zb
uTO = W + Za – Xb 电压波形， 基波和谐波， 输出电压的调节
二，PWM技术的优化
低的器件开关频率，较 小的输出谐波
(一) 倍频式PWM
输出电压载波(调制)频率 fc 功率器件开关频率 fs fc = 2 fs 图4－29 单相逆变器为例 uc2 ＝ uc1 ug, uc1 → T1, T4 ug, uc2 → T3, T2 uo 波形
图4-23(f)
电流有正 有负 导通臂不变
电流负----D导通
电流正--Leabharlann -T导通四, 死区时间对输出电压的影响
* 不考虑死区时的ug 和 uAO
* 考虑死区时间 (所有开通延时tD） 输出波形与电流方向有关
与理想情况波形之差 ue
1, 死区对输出电压的影响 Dd = td / Tc %
* Dd ↑ ---- UAO’1m ↓ * Φ ↑ ---- UAO’1m ↑
2, D不通, T导通
3, 输出电压分析
4-122 4-123 4-125 4-126 4-127 4-131
调压特性见图4-24
4, K的选择 (1) 取奇数 (无偶次谐波) (2) 3的倍数 ( 三相上线系统无三次谐波) K取 3,9, 15, 21……6N – 3,
三, 感性负载下的工作情况
也可以看为 ug1 – ( - ug1) = 2ug1
(二) 有选择消除谐波的PWM技术
直接选择开关角法 (固定开关角法)
三, 加输出滤波器
(一) 利用负载电路滤波
感应加热电源
(二) 附加输出滤波器
CVCF电源( UPS, 交流稳压电源等)
四, 采用新型主电路结构
多电平变流器
T1m T1A T1A
2, 死区时间对输出电压谐波的影响
与理想情况波形之差 ue
* Dd ↑ ---- THD ↑ * m↓ ---THD ↑
第六节 逆变电路输出波 形改善
SPWM输出波形低次谐波较少, 总谐波仍较大 改进措施 一,多重化结构
书上例 图4-28 U=V=W
Xa=Xb=Ya=Yb=Za=Zb
U = 3 1/2 Xa uRO = U + Xa - Yb
电路与三相电压源方波逆变电 路相同 图4-15
一, 控制脉冲时序分布如图4-23 (a) 调制信号， 三相对称正弦 uga , ugb, ugc 幅值 Ugm 频率 f 三角载波 幅值 Ucm, 频率 fc T1,T4 由uga 和 uc 比较决定 T3 T6 , T5 T2 类似 二, 纯阻负载下电路工作情况 1, uAO uAO’ uAB
T4A
T4A
T4m
Ud/2
线电压UAB 优缺点
0
-Ud/2
* 谐波小, 电压可控 * 不需要输出变压器 * 器件数多, 直流端均压问题 (静态, 动态) 复杂
uSO = V + Ya - Zb
uTO = W + Za – Xb 电压波形， 基波和谐波， 输出电压的调节
二，PWM技术的优化
低的器件开关频率，较 小的输出谐波
(一) 倍频式PWM
输出电压载波(调制)频率 fc 功率器件开关频率 fs fc = 2 fs 图4－29 单相逆变器为例 uc2 ＝ uc1 ug, uc1 → T1, T4 ug, uc2 → T3, T2 uo 波形
图4-23(f)
电流有正 有负 导通臂不变
电流负----D导通
电流正--Leabharlann -T导通四, 死区时间对输出电压的影响
* 不考虑死区时的ug 和 uAO
* 考虑死区时间 (所有开通延时tD） 输出波形与电流方向有关
与理想情况波形之差 ue
1, 死区对输出电压的影响 Dd = td / Tc %
* Dd ↑ ---- UAO’1m ↓ * Φ ↑ ---- UAO’1m ↑
2, D不通, T导通
3, 输出电压分析
4-122 4-123 4-125 4-126 4-127 4-131
调压特性见图4-24
4, K的选择 (1) 取奇数 (无偶次谐波) (2) 3的倍数 ( 三相上线系统无三次谐波) K取 3,9, 15, 21……6N – 3,
三, 感性负载下的工作情况
也可以看为 ug1 – ( - ug1) = 2ug1
(二) 有选择消除谐波的PWM技术
直接选择开关角法 (固定开关角法)
三, 加输出滤波器
(一) 利用负载电路滤波
感应加热电源
(二) 附加输出滤波器
CVCF电源( UPS, 交流稳压电源等)
四, 采用新型主电路结构
多电平变流器
T1m T1A T1A
2, 死区时间对输出电压谐波的影响
与理想情况波形之差 ue
* Dd ↑ ---- THD ↑ * m↓ ---THD ↑
第六节 逆变电路输出波 形改善
SPWM输出波形低次谐波较少, 总谐波仍较大 改进措施 一,多重化结构
书上例 图4-28 U=V=W
Xa=Xb=Ya=Yb=Za=Zb
U = 3 1/2 Xa uRO = U + Xa - Yb