4 逆变电路-20161010

O
u
c) u d) u u
t t
U
d
WN'
O
UV
O
NN' UN
t
U d 6
e) f)
O O
2 U 3
d
t
U d 3
t
iU g) i h) O
d
t
O
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
4.2.2 三相电压型逆变电路
■基本的数量关系 ◆把输出线电压uUV展开成傅里叶级数得 2 3U d 1 1 1 1 u UV sint sin 5t sin 7t sin11t sin13t 5 7 11 13
U UV1m


6
U d 0.78U d ＝ 0.78³200=156（V）
4.3
电流型逆变电路（了解）
5.3.1 5.3.2
单相电流型逆变电路 三相电流型逆变电路
4.3 电流型逆变电路²引言
■直流电源为电流源的逆变电路称为 电流型逆变电路。 ■电流型逆变电路主要特点 ◆直流侧串大电感，电流基本无脉 动，相当于电流源。 ◆交流输出电流为矩形波，与负载 阻抗角无关，输出电压波形和相 位因负载不同而不同。 ◆直流侧电感起缓冲无功能量的作 用，不必给开关器件反并联二极 管。 ■电流型逆变电路中，采用半控型器 件的电路仍应用较多，换流方式 有负载换流、强迫换流。
4.2 电压型逆变电路²引言
■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类
◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。
◆电流型逆变电路：直流侧是电流源。 ■电压型逆变电路的特点
◆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，逆变桥各臂并联反馈二极管。
d
t
U d 3
u UN u UN' u NN' u VN u VN' u NN' u W N u W N' u NN '
t
iU
(4-5)
g) i h)
O
d
t
uNN'
1 1 (uUN' uVN' uWN' ) (uUN uVN uWN ) 3 3
ωt
Ud/3
ωt
o
uNN′
ωt
o
uUN
Ud/6 Ud/3
2Ud/3
基波分量
ωt
o
uVN
M
Ud/3
2Ud/3
2Ud/3
o
uWN
Ud/3
2Ud/3
ωt
Ud/3 Ud/3
2Ud/3 2Ud/3
o
ωt
4.2.2 三相电压型逆变电路
■工作波形
◆负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式 求出
u a) u b) u c) u
图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）
4.2.1 单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路
◆直流侧接有两个串联的大电容，电容的联 结点为直流电源的中点，负载联接在直流电源
中点和桥臂联结点之间。
◆工作原理
Um O - Um io t1 t 2 t5 t6 V1 V2 V1 V2 ON VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 b)
U UV1m
U UV1
2 3U d
U UV1m 2

1.1U d
6
(4-10) (4-11)


U d 0.78U d
4.2.2 三相电压型逆变电路
◆把uUN展开成傅里叶级数得
u UN 2U d 1 1 1 1 sin11t sin13t sint sin 5t sin 7t 5 7 11 13
U o1m
U o1
Ud Ud
t

1.27U d
0.9U d
(4-2) (4-3)
io
2 2U d

o
t3 t1
VD1 VD4 V1 V4
t4 t5 t6 V1 V2 V4 V3 VD1 VD2 VD4 VD3 t
t2
V2 V3 VD2 VD3
4.2.1 单相电压型逆变电路
■带中心抽头变压器的逆变电路 ◆交替驱动两个IGBT，经变压器耦 合给负载加上矩形波交流电压。 ◆两个二极管的作用也是提供无功能 量的反馈通道。 ◆ Ud和负载参数相同，变压器匝比 为1：1：1时，uo和io波形及幅值与全桥 逆变电路完全相同。
图4-6 单相半桥电压型逆 变电路及其工作波形
o
a)
☞开关器件V1和V2的栅极信号在一个周期
t
内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。
☞输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2。
O
t3
t4
t
☞电路带阻感负载，t2时刻V1关断，V2开 通，但电流io不能立即改变方向，VD2导通续 流，t3时刻io降零，VD2截止，V2开通，io开始 反向，得出如图所示的电流波形。
(4-13)
U UN1m
U UN1
2U d
U UN1m 2

0.637U d
0.45U d
(4-14) (4-15)
■为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路， 要采取“先断后通”的方法（死区）。
4.2.2 三相电压型逆变电路
■例：三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud=200V。试求输出相电压 的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、 输出线电压中7次谐波的有效值UUV7。 解：
(4-6)
O
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
4.2.2 三相电压型逆变电路
u a) u b)
UN'
O
VN'
U d 2
t
◆负载参数已知时，可以由uUN的波形 求出U相电流iU的波形，图4-10g给出的 是阻感负载下 / 3 时iU的波形。 ◆把桥臂1、3、5的电流加起来，就可 得到直流侧电流id的波形，如图4-10h所 示，可以看出id每隔60°脉动一次。
图4-3 直接耦合式
强迫换流原理图
■换流方式总结 ◆器件换流只适用于全控型器件，其余三种方式主要是针对晶闸管。 ◆器件换流和强迫换流属于自换流，电网换流和负载换流属于外部换流。 ◆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，则称为熄灭。
4.2 电压型逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路
2 3U d 1 k sin t ( 1 ) sin n t n n 式中， n 6 k 1 ，k为自然数。 ◆输出线电压有效值UUV为
(4-8)
U UV
1 2

2
0
2 u UV d t 0.816U d
(4-9)
其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分别为
4.1.2 换流方式分类
◆负载换流（Load Commutation） ☞由负载提供换流电压的换流方式。 ☞负载电流的相位超前于负载电压的场合， 都可实现负载换流，如电容性负载和同步电 动机。
ωt
uo io O i O i uVT
uo a)
iVT iVT
1
io
4
☞图4-2a，整个负载工作在接近并联谐振 状态而略呈容性，直流侧串大电感，工作过 程可认为id基本没有脉动。 √uo接近正弦波。 √注意触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过 零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完 成。
4.2.1 单相电压型逆变电路
◆Ud的矩形波uo展开成傅里叶级数得
T T
4U d 1 1 uo sint sin 3t sin 5t 3 5
(4-1)
uG1 uG4 uG2 uG3
t t
其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别为
4U d
uo
o
第4章 逆变电路
1—换流方式 2—电压型逆变器
3——多电平电路
引言
■逆变的概念 ◆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，本章主要讲述无源逆变。 ■逆变与变频 ◆变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 ◆交直交变频由整流和逆变两部分组成。 ■逆变电路的主要应用 ◆直流电源向交流负载供电，如蓄电池、干电池、太阳能 电池等。 ◆交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等。
U UN1
U UN1m 2
0.45U d ＝0.45³200＝90（V）
U UN1m
U UV1m
2U d

0.637U d ＝0.637³200＝127.4（V）
1.1U d ＝ 1.1³200=220（V）
2 3U d
U UV1
2 UUV7 =2 3 Ud/（3.14³7³ 2 ）=22.3（V）
假想中点
图4-9 三相电压型桥式逆变电路
2π
三相电压型 全桥逆变器 6路开关信 号（ 180° 导电方式）
o o o o o o
uUN′
uG1 uG2 uG3 uG4 uG5 uG6
Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2
ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt
o
三相电压型 全桥逆变器 桥臂输出电 压波形 三相逆变器 U和V相桥臂 输出电压 （线电压， 为120o方波）