第6章第1节 三相电压型方波逆变器_443105534
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电力电子技术基础
第六章 交直交变频电路
(AC-DC-AC Variable Frequency Circuit)
1
EEA, THU
概述
• 交－直－交是AC－AC变换的一种形式
交流电力控制电路 交流－交流 变频电路 直接变频(交交变频、矩阵变换器等 ) 间接变频(交－直－交)
• 交－直－交
～
AC－DC
un0
三相平衡： 故：
u an + ubn + u cn = 0
(u a 0 + u b 0 + u c 0 ) 3
13
un0 =
EEA, THU
输出电压的谐波分解
u A0
2U d 1 1 1 = (sin ωt + sin 3ωt + sin 5ωt + sin 7ωt + • • •) π 3 5 7
频率固定
• 从波形上又可分方波和PWM两种
3
EEA, THU
• 电压型方波逆变器
～
AC－DC
C
DC－AC
调压
调频
• 电流型方波逆变器
～
L
AC－DC
DC－AC
调压
调频
4
EEA, THU
主要内容
• 概述 • 三相电压型逆变器
– (Voltage Source Inverter, VSI)
• 三相电流型逆变器
1
Vdc 2
3
5
0
Vdc 2
Vdc
4
A 6
B 2
C
°；上下管交替导通(为了防止直通， 每只管子导通180 180° 通常要插入“死区”)，纵向换流； 开关管反并联二极管。
N
8
EEA, THU
变频工作原理
• 调压：改变逆变 器输入直流电压 • 调频：改变开关 动作的周期
9
EEA, THU
1号管子驱动信号
基波相电压
uANrms
2 = U d ≈ 0.471405U d 3
1.1U d
π 2 3U d 1 1 uAB (ωt − ) = (sin ωt − sin 5ωt − sin 7ωt + • • •) 6 π 5 7 1 1 ≈ 1.1027U d (sin ωt − sin 5ωt − sin 7ωt + • • •) 5 7
直流环节过压保护
SCR
R1
C
R2 T7
18
EEA, THU
二极管中点箝位逆变器 (Neutral Point Clamped) NPC
T1 C1 T2 A 0
Vdc
C2
T3
B
C
M
T4
19
百度文库
• 中性点悬空 • 对称三相负载
⎡2 ⎢ ⎡u an ⎤ ⎢ 3 ⎢u ⎥ = ⎢ 0 ⎢ bn ⎥ ⎢ ⎢ ⎣u cn ⎥ ⎦ ⎢1 ⎢3 ⎣ 1 3 2 3 0 ⎤ 0⎥ ⎡u ab ⎤ ⎥ 1 ⎢ ⎥ ⎥ u bc 3 ⎥⎢ ⎥ 2 ⎥⎢ ⎣u ca ⎥ ⎦ 3⎥ ⎦
u ab = u an − ubn ubc = ubn − u cn u ca = u cn − u an
C
DC－AC
整流器
Rectifier
逆变器
Inverter
2
EEA, THU
逆变器分类
• 逆变器：即DC－AC变换器 有源逆变 逆变器 无源逆变 频率可变 • 无源逆变器分电压型和电流型
– Voltage Source Inverter (VSI) & Current Source Inverter (CSI)
0.637U d
1.27U d
uA0rms
2U d 1 1 u AN = (sin ωt + sin 5ωt + sin 7ωt + • • •) π 5 7 1 1 ≈ 0.6366U d (sin ωt + sin 5ωt + sin 7ωt + • • •) 5 7
1 = U d = 0.5U d 2
14
EEA, THU
相电流波形与反并联二极管的作用
iA
UAN
uAN
0 T1
t
D1
φ 偏移因数角
D4 T4
续流
15
EEA, THU
偏移因数角 较大时的情况 偏移因数角较
u AN
UAN
iA
t
0 D1 T1 D4 T4
φ
偏移因数角
16
EEA, THU
逆变器中的预充电电路
K R
C
SCR
R
C
17
EEA, THU
UGE
600 0
负负载载端端电电压压��线线电电压压波波形形
2号管子驱动信号
t
UA0
0 1/2Ud
t t
UB0
0
UC0
0
t
UAB
0
t
10
EEA, THU
可能的连接状态与相电压波形
5 6 1
6 1 2
1 2 3
2 3 4
3 4 5
4 5 6
UAN t
0 1/3V 2/3Vdc dc
11
EEA, THU
– (Current Source Inverter, CSI)
• 两种逆变器的比较
5
EEA, THU
三相电压型逆变器
• 主要内容
– – – – 变频工作原理 相、线电压与母线电压的关系 每相电压、电流波形 反并联二极管的作用
6
EEA, THU
逆变工作原理
7
EEA, THU
三相电压型逆变器电路拓扑
相电压与线电压、端电位关系
⎧u ab = u a 0 − u b 0 ⎪ ⎨u bc = u b 0 − u c 0 ⎪u = u − u c0 a0 ⎩ ca ⎧u ab = u a − u b ⎪ ⎨u bc = u b − u c ⎪u = u − u c a ⎩ ca ⎡ 2 ⎢ ⎡u an ⎤ ⎢ 3 ⎢u ⎥ = ⎢ − 1 ⎢ bn ⎥ ⎢ 3 ⎢ ⎣u cn ⎥ ⎦ ⎢ 1 ⎢− 3 ⎣ 1 − 3 2 3 1 − 3 1⎤ − ⎥ 3 ⎡u a 0 ⎤ 1 ⎥⎢ ⎥ − ⎥ ⎢u b 0 ⎥ 3⎥ 2 ⎥⎢ ⎣u c 0 ⎥ ⎦ 3 ⎥ ⎦
uan + ubn + ucn = 0
12
EEA, THU
两个不同中点的电压关系
ua0
⎧u a 0 = u an + u n 0 ⎪ ⎨u b 0 = u bn + u n 0 ⎪u = u + u cn n0 ⎩ c0
u an
un0 =
(u a 0 + u b 0 + u c 0 ) (u an + u bn + u cn ) − 3 3
第六章 交直交变频电路
(AC-DC-AC Variable Frequency Circuit)
1
EEA, THU
概述
• 交－直－交是AC－AC变换的一种形式
交流电力控制电路 交流－交流 变频电路 直接变频(交交变频、矩阵变换器等 ) 间接变频(交－直－交)
• 交－直－交
～
AC－DC
un0
三相平衡： 故：
u an + ubn + u cn = 0
(u a 0 + u b 0 + u c 0 ) 3
13
un0 =
EEA, THU
输出电压的谐波分解
u A0
2U d 1 1 1 = (sin ωt + sin 3ωt + sin 5ωt + sin 7ωt + • • •) π 3 5 7
频率固定
• 从波形上又可分方波和PWM两种
3
EEA, THU
• 电压型方波逆变器
～
AC－DC
C
DC－AC
调压
调频
• 电流型方波逆变器
～
L
AC－DC
DC－AC
调压
调频
4
EEA, THU
主要内容
• 概述 • 三相电压型逆变器
– (Voltage Source Inverter, VSI)
• 三相电流型逆变器
1
Vdc 2
3
5
0
Vdc 2
Vdc
4
A 6
B 2
C
°；上下管交替导通(为了防止直通， 每只管子导通180 180° 通常要插入“死区”)，纵向换流； 开关管反并联二极管。
N
8
EEA, THU
变频工作原理
• 调压：改变逆变 器输入直流电压 • 调频：改变开关 动作的周期
9
EEA, THU
1号管子驱动信号
基波相电压
uANrms
2 = U d ≈ 0.471405U d 3
1.1U d
π 2 3U d 1 1 uAB (ωt − ) = (sin ωt − sin 5ωt − sin 7ωt + • • •) 6 π 5 7 1 1 ≈ 1.1027U d (sin ωt − sin 5ωt − sin 7ωt + • • •) 5 7
直流环节过压保护
SCR
R1
C
R2 T7
18
EEA, THU
二极管中点箝位逆变器 (Neutral Point Clamped) NPC
T1 C1 T2 A 0
Vdc
C2
T3
B
C
M
T4
19
百度文库
• 中性点悬空 • 对称三相负载
⎡2 ⎢ ⎡u an ⎤ ⎢ 3 ⎢u ⎥ = ⎢ 0 ⎢ bn ⎥ ⎢ ⎢ ⎣u cn ⎥ ⎦ ⎢1 ⎢3 ⎣ 1 3 2 3 0 ⎤ 0⎥ ⎡u ab ⎤ ⎥ 1 ⎢ ⎥ ⎥ u bc 3 ⎥⎢ ⎥ 2 ⎥⎢ ⎣u ca ⎥ ⎦ 3⎥ ⎦
u ab = u an − ubn ubc = ubn − u cn u ca = u cn − u an
C
DC－AC
整流器
Rectifier
逆变器
Inverter
2
EEA, THU
逆变器分类
• 逆变器：即DC－AC变换器 有源逆变 逆变器 无源逆变 频率可变 • 无源逆变器分电压型和电流型
– Voltage Source Inverter (VSI) & Current Source Inverter (CSI)
0.637U d
1.27U d
uA0rms
2U d 1 1 u AN = (sin ωt + sin 5ωt + sin 7ωt + • • •) π 5 7 1 1 ≈ 0.6366U d (sin ωt + sin 5ωt + sin 7ωt + • • •) 5 7
1 = U d = 0.5U d 2
14
EEA, THU
相电流波形与反并联二极管的作用
iA
UAN
uAN
0 T1
t
D1
φ 偏移因数角
D4 T4
续流
15
EEA, THU
偏移因数角 较大时的情况 偏移因数角较
u AN
UAN
iA
t
0 D1 T1 D4 T4
φ
偏移因数角
16
EEA, THU
逆变器中的预充电电路
K R
C
SCR
R
C
17
EEA, THU
UGE
600 0
负负载载端端电电压压��线线电电压压波波形形
2号管子驱动信号
t
UA0
0 1/2Ud
t t
UB0
0
UC0
0
t
UAB
0
t
10
EEA, THU
可能的连接状态与相电压波形
5 6 1
6 1 2
1 2 3
2 3 4
3 4 5
4 5 6
UAN t
0 1/3V 2/3Vdc dc
11
EEA, THU
– (Current Source Inverter, CSI)
• 两种逆变器的比较
5
EEA, THU
三相电压型逆变器
• 主要内容
– – – – 变频工作原理 相、线电压与母线电压的关系 每相电压、电流波形 反并联二极管的作用
6
EEA, THU
逆变工作原理
7
EEA, THU
三相电压型逆变器电路拓扑
相电压与线电压、端电位关系
⎧u ab = u a 0 − u b 0 ⎪ ⎨u bc = u b 0 − u c 0 ⎪u = u − u c0 a0 ⎩ ca ⎧u ab = u a − u b ⎪ ⎨u bc = u b − u c ⎪u = u − u c a ⎩ ca ⎡ 2 ⎢ ⎡u an ⎤ ⎢ 3 ⎢u ⎥ = ⎢ − 1 ⎢ bn ⎥ ⎢ 3 ⎢ ⎣u cn ⎥ ⎦ ⎢ 1 ⎢− 3 ⎣ 1 − 3 2 3 1 − 3 1⎤ − ⎥ 3 ⎡u a 0 ⎤ 1 ⎥⎢ ⎥ − ⎥ ⎢u b 0 ⎥ 3⎥ 2 ⎥⎢ ⎣u c 0 ⎥ ⎦ 3 ⎥ ⎦
uan + ubn + ucn = 0
12
EEA, THU
两个不同中点的电压关系
ua0
⎧u a 0 = u an + u n 0 ⎪ ⎨u b 0 = u bn + u n 0 ⎪u = u + u cn n0 ⎩ c0
u an
un0 =
(u a 0 + u b 0 + u c 0 ) (u an + u bn + u cn ) − 3 3