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：
1） 按输入电源特点 输入电压为恒压源称为电压源逆变器（Voltage Source Inverter 缩写 VSI）或电压型逆变 器，如图 6-2 所示,电压源逆变器的输入特点是其输入具有理想电压源性质；输入为恒流源称为电 流源逆变器（Current Source Inverter 缩写 CSI），或电流型逆变器，如图 6-3 所示，电流源逆 变器输入为理想电流源，在实际应用中使用较少。
2Vin 2π
= 0.45Vin
（6-7）
为保证电路正常工作，Q1 和 Q2 不能同时导通，否则将出现直流侧短路现象。改变 Q1 和 Q2 的
激励信号的频率，输出电压的频率也随之改变。
3）畸变因子 DF （Distortion factor） 总谐波因子 THD 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：
202
现代电力电子技术基础

1 V1
⎡∞ ⎢( ⎣n=2,3
Vn n2
)
2
⎤ ⎥
2
⎦
对于第 n 次谐波的畸变因子 DFn 定义如下：
第 6 章 DC-AC变换技术 ....................................................................................................200 §6.1 逆变器分类、功率流向和波形指标..................................................................200 6.1.1 分类..............................................................................................................200 6.1.2 逆变器功率流方向 ....................................................................................201 6.1.3 逆变器波形指标 ........................................................................................202 §6.2 方波逆变器.....................................................................................................203 6.2.1 单相半桥式逆变电路 .................................................................................203 6.2.2 单相全桥逆变电路.....................................................................................205 6.2.3 傅立叶级数、方波逆变器输出谐波........................................................208 6.2.4 负载为感性负载的方波逆变器特性......................................................... 211 6.2.4 方波逆变器输出滤波.................................................................................213 6.2.5 三相方波逆变器 .......................................................................................214 §6.3 脉冲宽度调制（PWM） ..................................................................................218 6.3.1 PWM波形生成原理....................................................................................220 6.3.2 PWM的调制方式与相关术语....................................................................221 6.3.3 PWM生成方法 ..........................................................................................223 6.4 交流滤波器设计...........................................................................................234
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
HFn
=
Vn V1
2）总谐波（畸变）因子 THD (Total harmonic distortion factor)
定义：
（6-1）
∑ THD
=
1 V1
∞
( Vn 2
n=2,3
1
)2
（6-2）
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。
b、具有恒定直流电压环节（Fixed DC link）的电压源逆变器，方块图如图 6-5 所示。其直
流电压恒定，输出电压幅度和频率利用 PWM 技术同步调整。
200
现代电力电子技术基础
第 6 章 DC-AC 变换技术
图 6-4 具有可变直流电压环节的电压源逆变器图 6-5 具有恒定直流电压环节的电压源逆变器 2） 按电路结构特点可分为半桥式、全桥式，推挽式和单管式逆变器。 3） 按器件的换流特点可分为强迫换流式和自然换流式逆变器。 4） 按负载特点可分为谐振式和非谐振式逆变器。 5） 按输出波形可分为正弦式和非正弦式逆变器。 工业用的特殊交流电源有变频变压电压源 VVVF(variable voltage variable frequency)和
04
⎤2 dt⎥
⎦
= Vin 2
（6-5）
负载电流波形和υ AB
相同，幅值 iR
=
Vin R
，如图
6-9（b）所示。其瞬时值表达式为：
∑ vAB
=
∞ n=1,3,5...
2Vin nπ
sin nωt
（6-6）
ω = 2πf0 ——输出电压角频率。
当 n = 1 时，其基波分量的有效值为：
VAB1 =
D2 构成另一个桥臂，两桥臂的中点 A 和 B 为输出端，可以通过变压器输出，也可由这两端直接
输出。因电容 C 容量较大，每个电容两端电压VC
=
1 2
Vin
，中点
B
的电位基本上不变，为VB
=
1 2
Vin
。
A 点的电位则取决于器件的工作情况。
C
V
in
B
C
Q1 iL Z
Q2
D1
Q1
V AB
Vin/2 A
压φ弧度，在此负载情况下，其输出功率情况可以从图 6-6 看出。图 6-6 为逆变器输出瞬时电压和电流曲线。
从图 6-6 和 6-7 中可知，在第一象限，逆变器输出
电压 vo 和电流 io 均为正， P = iovo 为正，逆变器输出能
量；在第三象限，逆变器输出电压 vo 和电流 io 均为负，
P = iovo 为正，逆变器输出能量；即在 1、4 象限，逆变 图 6-8 功率开关管与反并联二极管
负载电压
负载电流
图 6-2 电压源逆变器