第5章 直流-交流变换电路

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电压型逆变电路的主要特点
（1）直流侧为电压源，直流回路呈现 低阻抗，或并联有大电容，直流侧电压 基本无脉动。 （2）交流侧输出电压一波形为矩 形波，并且与负载阻抗角无关。而 交流侧输出电流波形和相位因负载 阻抗情况的不同而不同。 （3）当交流侧为电阻加电感负载 时需要提供无功功率，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，逆变桥各臂都并联了反馈二 极管。
15
1、半桥逆变电路
+
-
t3~t4：C2——V2——负载，输出电压右正左负
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1、半桥逆变电路
- +
t4~t5：C1——VD1——负载，二极管VD1续流，输 出电压左负右正
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1、半桥逆变电路
+ + -- + +
工作原理
V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补， 输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2。 V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2 通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈。VD1、VD2称为反 馈二极管, 起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。
图5-3-1 电流型三相桥式逆变电路
图5-11
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第三节 电流型逆变电路

电流型逆变电路主要特点
(1) 直流侧串大电感，相当于电流源
(2) 交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因 负载不同而不同
(3) 交流侧为阻感负载时需提供无功功率，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
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。 阻感负载时，io相位滞后 于uo，波形也不同。
电阻负载
阻感负载
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2、逆变电路的基本结构
DC AC
输入电路
逆变电路
输出电路
辅助电源
驱动与控制电路
保护电路
图5-1-2 逆变系统的基本结构框图
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三相电压型逆变电路
180°导电方式
每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相 开始导电的角度差120 ° 任一瞬间有三个桥臂同时导通 每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为 纵向换流 + V V
V1
3 5
Ud 2
VD 1 U V VD 4 V6
VD3 W VD6 V2
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二、三相电压型逆变电路


三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电 路 应用最广的是三相桥式逆变电路 可看成由三个半桥逆变电路组成 +
V1 V3 V5
Ud 2
VD 1 U V VD 4 V6
VD3 W VD6 V2
VD5 N VD2
N'
Ud 2
-
V4
图5-2-3 三相电压型桥式逆变电路 图5-9
图5-2-4 电压型三相桥式 逆变电路的工作波形
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三相电压型逆变电路
+
V1
Ud 2
V3 VD 1 U V VD 4 V6
V5 VD3 W VD6 V2 VD5 N VD2
N'
Ud 2
-
V4
负载线电压 图5-9
u UV u UN' uVN' uVW uVN' uWN' uWU uWN' u UN'
按器件的换流特点分


器件换流： 利用全控型器件的自关断能力进行换相。 在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控 型器件的电路中的换相方式是器件换相。 电网换流： 电网提供换相电压的换相方式。 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。
t
t
图5-2-4 电压型三相桥式 图 5-10 逆变电路的工作波形 28
t
三相电压型逆变电路
定量分析 1.输出线电压
uUV展开成傅里叶级数
uUV
2 3U d 1 1 1 1 sin t sin 5t sin 7t sin 11t sin 13t 5 7 11 13 1 k sin t n (1) sin nt n
图5-2-4 电压型三相桥式 逆变电路的工作波形
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三相电压型逆变电路
+
V1
Ud 2
V3 VD 1 U V VD 4 V6
V5 VD3 W VD6 V2 VD5 N VD2
1 1 u NN' (uUN' uVN' uWN' ) (uUN uVN uWN ) 3 3
N'
Ud 2
6


负载换流： 由负载提供换相电压的换相方式。 负载电流的相位超前于负载电压的场合，都 可实现负载换相 强迫换流： 设置附加的换相电路，给欲关断的晶闸管强 迫施加反压或反电流的换相方式称为强迫换 相。 通常利用附加电容上所储存的能量来实现， 因此也称为电容换相。
7
二、逆变电路的工作原理与基本结构
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第三节 电流型逆变电路
电流型逆变电路 直流电源为电流源的逆变电路 一般在直流侧串联大电感，电流脉动很小，可近似 看成直流电流源 实例之一：图5-3-1电流型三相桥式逆变电路
id VT 3 VT 5 VT 1 Ud VT 4 U W VT 6 VT 2 V
吸收换流 时 负载电感中 存贮的能量

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

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1、单相电流型逆变电路
Ld Id VT 1 LT1 LT2 VT 2 B io R uo L A VT3 LT3 LT4 VT4 C
图5-3-2 单相桥式电流型（并 联谐振式）逆变电路
半桥式 全桥式 推挽式 其他形式：例如单管逆变电路等

按电路结构特点分



4

按输出波形特点分


正弦波 非正弦波 单相 三相
有源逆变，负载为交流电源。 无源逆变，负载无交流电源。

按输出相数分



按负载是否为交流电源

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换流——电流从一个支路向另一个支路转移的 过程，也称为换相。

图5-9
u NN'
1 (u UN' u VN' u WN' ) 3Βιβλιοθήκη 27三相电压型逆变电路
+
V1
Ud 2
u UN' O u VN'
Ud 2
V3 VD 1 U V VD 4 V6
V5 VD3 W VD6 V2 VD5 N VD2
a)
t
b)
O u W N'
t
N'
Ud 2
c)
O u UV Ud
t
t

t t
io t 1 t2 uo t3 t
5-2-2 全桥逆变电路及波形
特点 – 共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。 – 两对桥臂交替导通180°。 – 输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。 – 以上为移相调压控制方式
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b)
2、全桥逆变电路

输出电压定量分析 uo成傅里叶级数
逆变电路的应用
•第四节 脉宽调制型逆变电路
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
本章内容
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第一节 概述
一、逆变器的分类 二、逆变电路的工作原理与基本结构 三、逆变器输出波形性能指标
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一、逆变器的分类

按输入电源的特点分


电压型：直流侧电源为恒压源。 电流型：直流侧电源为恒流源。 谐振环形：谐振交流环和谐振直流环。
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1、半桥逆变电路
优点：电路简单，使用器件少。 缺点：输出交流电压幅值为 Ud/2，且直流侧 需两电容器串联，要控制两者电压均衡。 应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变 电路的组合。
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2、全桥逆变电路
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O

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逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不同
直流侧大电容滤波 型逆变电路 是电压源 Voltage Source Type Inverter-VSTI
电压型逆变电路——又称为电压源
直流侧大电感滤波 电流型逆变电路——又称为电流源 型逆变电路 是电流源 Current Source Type Inverter-VSTI
第五章 直流-交流变换电路
第一节 概述 第二节 电压型逆变电路 第三节 电流型逆变电路 第四节 脉宽调制型（PWM）逆变电路 本章小结
1
第一节 概述
逆变概念：
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 变频电路：交交变频和交直交变频两种 交流侧接负载，为无源逆变 交直交变频由交直变换和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变 本章讲述无源逆变 逆变电路 直流电源如蓄 •第一节 概述 交流负载供电 电池、干电池 逆变与变频 •第二节 电压型逆变电路 和太阳能电池 •第三节 电流型逆变电路
1 1 uo (sin t sin 3t sin 5t ) 3 5 4U d
基波幅值 基波有效值
U o1m
U o1