光伏发电之无源逆变电路原理教学课件演示文稿

2、无源逆变：
1）定义：逆变器的交流侧不与电网联接，而是直接接到负载，即将直流电 逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载 2）应用：它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构
成电力电子技术的重要内容。
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一、高频感应加热的原理
感应加热是利用导体在高频磁场作用下产生的感应电流(涡流损耗。以及导体内磁 场的作 用(磁滞损耗引起导体自身发热而进 行加热的)。
11
13
(4.3.10)
线电压基波幅值
2 U BC1m
3U d
(4.3.11)
由上式可知，负载线电压中无3次谐波，只含更高阶奇次谐波，n次谐波幅值为
基波幅值的1/n。
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表4.3.1三相桥式逆变电路的工作状态表
返 回
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4.4 电流型逆变电路
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
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UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不 间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将 直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设 备提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负 载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故 停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应 220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电 压过大和电压太低都提供保护。
θ≤ωt≤π期间， i0为正值，T1和T4才导 通。
π≤ωt≤π+θ期间，T2和T3有驱动信号，由 于电流i0为负值，T2、T3不导通，D2、D3导通 起负载电流续流作用， u0=－Ud 。
π+θ≤ωt≤2π期间，T2和T3才导通。
图4.3.2(e)所示是RL负载时直流电源输 入电流的波形。图4.3.2(f)所示是RL负载时 直流电源输入电流的波形。
t5时刻 i。降至零， T1导通，u0=Ud /2 ；
图4.3.1 电压型半桥逆变电路及其电压电流波形
缓
冲 电 感 反 馈 的 无 功 能 量
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uo
n1,3,5,
2U d n
sin nt
2U d
(sin t
1 sin 3t 3
1 sin 5t 5
...)
优点： 简单，使用器件少；
4.1.2 逆变电路的分类
（1）、根据输入直流电源特点分类
① 电压型：输人端并接有大电容，输入直流电源为恒压源，逆变器将直 流电压变换成交流电压。
② 电流型：输入端串接有大电感，输入直流电源为恒流源，逆变器将输入的直流电流 变换为交流电流输出。
（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；
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4.3 电压型逆变电路
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
1.电压型逆变电路半桥逆变电路结构及波形：
它由两个导电臂构成，每个导电臂由一个全控器件和一 个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大 的电容C1和C2，且满足C1=C2。设感性负载连接在A、0两点
间。 T1和T2之间存在死区时间，以避免上、下直通，在死区时间内
7
11
13
(4.3.8)
相电压基波幅值
U BN 1m
2U d
(4.3.9)
由上式可知，负载相电压中无3次谐波，只含更高阶奇次谐波，n次谐波幅值为基 波幅值的1/n。
其线电压的瞬时值为：
uBC
2
3U d sint 1 sin 5t 1 sin 7t 1 sin11t 1 sin13t
5
7
如果想得到正弦波电压，则可通过滤波器滤波获 得。
图4.2.1 单相桥式逆变电路工作原理
图4.2.1(a)中主电路开关T1~T4，它实际是各种半导体开关器件的
一种理想模型。逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关
断晶闸管（GTO）、功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管 （MOSFET）、绝缘栅晶体管（IGBT）。
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1）纯电阻负载时
• 输出方波电压瞬时值：
uo
4U d
n n1,3,5,
sin nt
• 输出方波电压有效值：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(4.3.4)
UO
1 Ts
U Ts / 2
0
d
2
dt
Ud
基波分量的有效值：
(4.3.5)
U O1
4U d
2
0.9U d
(4.3.6)
同单相半桥逆变电路相比，在相同负载的
当 n=1时其2基f s波分量的有效值为:
(4.3.2)
U O1
2U d
2
0.45Ud
(4.3.3)
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2、工作原理：
周正在偏一，个半周周期反内偏，，电且力互晶补体。管T1和T2的基极信号各有半 截止若，负则载u为0=阻Ud感/2负。载，设t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2 中/2 。的电t2时流刻i。关不断能的立T即1，改同变时方给T向2发，出于导是通D信2导号通。续由流于，感u性0=负－载Ud 此时t3仍时刻然i有。u降0=至－零U，d /D22。截止，T2导通，i。开始反向增大， 中然的有在电ut0流4=时Ui。d刻/2不关；能断立T2，即同改时变给方T向1发，出D导1先通信导号通，续由流于，感此性时负载仍
缺点：
1）交流电压幅值仅为Ud/2；
2）直流侧需分压电容器；
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，输出滤波器LC滤除逆变器输
出电压中的高次谐波。
应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；
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4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
1、电路工作过程：
全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂，T2和 T3构成一对桥臂, T1和T4同时通、断；T2和T3同时 通、断。T1(T)4与T2(T3)的驱动信号互补，即T1和 T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号，反之亦 然，两对桥臂各交替导通180°。
动机调速。
2、可以做成恒频恒压电源（CVCF），其典型代表为
不间断电源（UPS）、航空机载电源、机车照明，通信等 辅助电源也要用CVCF电源。
3、可以做成感应加热电源，例如中频电源，高频电源 等。
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4.2 逆变电路的工作原理
1、主要功能: 将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。
二、感应加热系统的构成 感应加热系统由高频电源(高频发生器)、导线、变压器、感应器组成。 其工 作步骤是①由高频电源把普通电源 ( 220v/50hz)变成高压高频低电流输出 ，(其频率的高低根据加热对象而定，就其包材而 言，一般频率应在480kHZ左右。) ②通过变压器把高压、高频低电流变成低压高频大电流。③感应器通过低压高 频大电流后在感应器周围形成较强的高频磁场。一般电流越大.磁场强度越高。
两晶闸管均无驱动信号。
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输出电压有效值为:
UO
1
TS / 2 U d
2
dt
Ud
TS 0 2
2
由傅里叶分析，输出电压瞬时值为:
(4.3.1)
uo
n1,3,5,
2U d
n
sin nt
2U d
(sin t
1 sin 3t
3
1 sin 5t
5
...)
其中，
为输出电压角频率。
光伏发电之无源逆变电路原理 教学课件演示文稿
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（优选）光伏发电之无源逆变 电路原理教学课件
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4.1逆变器的性能指标与分类
1、有源逆变:
1）定义：将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交 流电反送到电网去。 2）应用：直流电机的可逆调速、绕线型异步电机的串级调速、高压直流输电和 太阳能发电等方面。
情况下，其输出电压和输出电流的幅值为单相
半桥逆变电路的两倍。
图4.3.2 电压型单相全桥逆变电路和电压、电流波形图
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2）电感负载时 0≤t＜Ts／4，Ts2≤t≤3Ts／4期
间，D1、D4导通起负载电流续流作 用，在此期间T1∼T4均不导通。
由
Ud
L dio dt
L 2I om Ts
防反相高压
图4.4.1 电流型单相桥式 逆变电路及电流波形
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2、电流波形参数计算：
将图4.4.1（b）所示的电流波形i0展开成傅氏级数,有
io
4Id
(sin t
1 sin 3t 3
1 sin 5t 5
)
(4.4.1)
其中基波幅值I01m和基波有效值I01 分别为
I 01m
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4.1.1逆变器的性能指标
（1）谐波系数HF：谐波分量有效值同基波分量有致值之比。
（2）总谐波系数：总谐波系数表征了一个实际波形同其基波的
接近程度。
（3）逆变效率 （4）单位重量的输出功率:衡量逆变器输出率密度的指标
。
（5）电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）
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4Id
1.27Id
(4.4.2)
I 01
4Id 2
0.9 I d
(4.4.3)
图4.4.1 电流型单相桥式 逆变电路及电流波形
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1、工作方式:
导电方式为120°导通、横向换流方式，任 意瞬间只有两个桥臂导通。 导通顺序为1→T2→T3→T4→T5→T6，依次间 隔60°，每个桥臂导通120°。这样，每个时
图4.3.2 电压型单相全桥逆变
电路和电压、电流波形图
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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：
开关T1、T4闭合，T2、T3断开：u0=Ud； 开关T1、T4断开，T2、T3闭合：u0=－Ud ; 时，当则以在频电率阻fSR交上替获切得换如开图关4.2T.14、(bT)4所和示T2的、交T3 变电压波形，其周期Ts=1/fS，这样，就将直 流电压E变成了交流电压uo。uo含有各次谐波，
恒流大电感
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 示的电流波形。
输出电流波形为矩形波，与电路负载 性质无关，而输出电压波形由负载性质 决定。
主电路开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。
2
可得负载电流峰值为：
I om
Ts 4L
U
d
(4.3.7)
图4.3.2 电压型单相全桥逆变
电路和电压、电流波形图
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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， u0=+Ud。
④ 其他形式：如单管晶体管逆变电路。
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4.1.2逆变电路的分类
（3）、根据换流方式分类 ① 负载换流型逆变电路； ② 脉冲换流型逆变电路；
③ 自换流型逆变电路。
（4）、根据负载特点分类 ① 非谐振式逆变电路 ② 谐振式逆变电路
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4.1.3 逆变电路用途
逆变器的用途十分广泛： 1、可以做成变频变压电源（VVVF），主要用于交流电
图4.3.3 电压型三相桥式逆变电路
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2、各相负载相电压和线电压波形：
将一个工作周期分成6个区域。
在0<ωt≤π/3区域，设ug1>0, ug2>0, ug3>0，则 有T1，T2，T3导通，
线 电 压
uab 0 ubc U d
uca U d
相
电
压
uuucNbaNN113332UUUdd d
刻上桥臂组和下桥臂组中都各有一个臂导通。
式中Ud为逆变器输入直流电压。
根据同样的思路可得其余5个时域的值
图4.3.4 电压型三相桥式逆变电路及其工作波第20形页，共32页。
3、负载相电压和线电压幅值分析：
利用博里叶分析，其相电压的瞬时值为：
uBN
2U d
sint
1 sin 5t 5
1 sin 7t 1 sin11t 1 sin13t