第6讲现代电力电子技术[1]
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6.2.1 单相电压型逆变电路
1、单相半桥式逆变电路 某弧焊逆变电源主电路
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第6讲现代电力电子技术[1]
单相全波可控整流电路和单相半桥式逆变电路
单相全波可控 整流电路
单相半桥式 逆变电路
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第6讲现代电力电子技术[1]
单相半桥式逆变电路及其波形图
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第6讲现代电力电子技术[1]
④ V、U两相有电压，K3 、K4导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
⑤ W、U两相有电压，K5 、K4导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
⑥ W、V两相有电压，K5 、K6导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
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第6讲现代电力电子技术[1]
在180°导通方式的逆变器中，为了防 止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而 引起直流电源短路，必须在两开关切换时设 置死区时间。 死区时间：指同一相上的两开关切换时驱动 信号同时为0的一段短暂的时间。
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第6讲现代电力电子技术[1]
② U相高的中间60°、 V相Biblioteka Baidu的后60 °和W 相低的前60 °， K1、K2、K6导通
相对于N点， U相上的电压 为2/3 Ud ， V相 和W相上的电压 为-1/3 Ud 。
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第6讲现代电力电子技术[1]
③U相高的后60°、 V相高的前60 °和W相 低的中间60 °， K1、K2、K3导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
⑤ U相低的中间60°、 V相高的后60 °和W 相高的前60 °， K3 、K4 、K5导通
相对于N点， V相和W相上的 电压为1/3 Ud ， U相上的电压 为-2/3 Ud 。
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第6讲现代电力电子技术[1]
⑥ U相低的后60°、 V相低前的60 °和W相 高的中间60 °， K4 、K5 、K6导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
工作原理分析 每个工作周期有六种状态 ①U、V两相有电压，K1、K6导通
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②U、W两相有电压，K1、K2导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
③ V、W两相有电压，K3、K2导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
6.2.2 三相电压型逆变电路 低压变频器主电路
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电压型全桥式逆变电路
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电压型全桥式逆变电路的控制方式：
电压输出波形为180°导通型的方波; 电压输出波形为120°导通型的方波;
等效电路及其波形图
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第6讲现代电力电子技术[1]
0 ~ t 2区间： VT1正偏（上桥臂通），VT2反偏（下桥
臂关断），负载电压uo = uAN = Ud/2。 0～t1区间： io与uo方向相反， 电流通路为：
N→R→L→VD1→C1(+),L放能。 t1~t2区间： io流向变为从右向左，VT1通，
VD1断。电流流通路径为： C1(+)→VT1→L→R→N，L储能。
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第6讲现代电力电子技术[1]
t2~t4区间： VT1反偏（上桥臂断），VT2正偏（下桥
臂通），负载电压uo =uAN =－Ud/2。 t2~t3区间： io＞0，负载电感放能，故VD2
导通，VT2关断， io减小，电流流通路径为：
t5~ t6区间： K3、K4通， K1、K2断， io﹤0
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3、推挽式单相逆变电路 电路结构与单相全波可控整流电路相同。
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第6讲现代电力电子技术[1]
开关由IGBT和 二极管反并联组 成，副边绕组接 负载。交替驱动 VT1和VT2，则在 变压器副边得到 波形与全桥电路 完全相同的输出 电压uo和电流io。
脉冲宽度调制 .
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1、180°导通型方波输出三相逆变器 希望输出的三相相电压波形
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从波形看，每个周期输出六种状态： UW高V低；U高VW低；UV高W低； UW低V高；U低VW高； UV低W高。 每个桥臂的导通角度为180°，同一相上 下两个桥臂交替导电，三相负载同时施加电 压，各相导电的角度依次相差120°。 设六个开关为K1~K6，其中K为VT和VD的 并联。六个开关的导通顺序为K1、K2、K3、 K4、K5、K6. 在同一时刻，有三个开关导 通，或者上桥臂一个下桥臂两，或者上桥臂两 开关下桥臂一个。
相对于N点， U相和V相上的 电压为1/3 Ud ， W相上的电压 为-2/3 Ud 。
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第6讲现代电力电子技术[1]
④ U相低的前60°、 V相高的中间60 °和W 相低的后60 °， K2、K3 、K4导通
相对于N点， V相上的电压为 2/3 Ud ，U相和 W相上的电压 为-1/3 Ud 。
第6讲现代电力电子技术
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2020/11/26
第6讲现代电力电子技术[1]
6.1 逆变电路的分类和控制方式
6.1.1 逆变电路的分类 按直流电源的性质分类: 电压型逆变电路 电流型逆变电路 按逆变电路输出交流电的相数分类: 单相逆变电路 三相逆变电路 多相逆变电路 按负载以及能量传递情况分类: 无源逆变器 有源逆变器
VT1、VT4和VT3、VT2的驱动信号互补， 但VT1与VT4、 VT2与 VT3的驱动信号错开δ 角。
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第6讲现代电力电子技术[1]
脉 冲 移 相 控 制 时 的 工 作 波 形
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第6讲现代电力电子技术[1]
0~t1区间： K1、K4通， K2、K3断， io﹤0
固定脉冲控制方式的交流输出电压仍为正负电
压各为180°的方波，输出电压有效值的调节只能
靠改变直流侧电压Ud完成，由于直流侧并联有大电 容，影响了调节的快速性。
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第6讲现代电力电子技术[1]
v 移相控制方式 对成对导通的两组开关器件（对角开关
器件为一组）的驱动信号不再按相差控制， 而是移动一定角度，使输出电压波形的宽度 发生变化，从而实现调节输出电压的目的。
相对于N点， U相和V相上的 电压为-1/3 Ud ， W相上的电压 为2/3 Ud 。
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第6讲现代电力电子技术[1]
每相 负载 上的 电压 为每 相阻 抗上 的压 降
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第6讲现代电力电子技术[1]
2、120°导通型方波输出三相逆变电路
与VT2、VT3与VT4需要换流时，触发VT2和VT4，VT2 、VT4因受正压而导通，VT1、VT3受反向电压而关断。 在io的负半周时刻，触发VT1、VT3，则VT2、VT4承受 反向电压关断，VT1、VT3再次导通。
晶闸管触发脉冲出现的时刻与负载电压有关，这 种利用负载电压使晶闸管关断的方式称为负载换流方 式。
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第6讲现代电力电子技术[1]
按逆变器输出电平的数目分类: 两电平逆变电路 三电平逆变电路 多电平逆变电路
按逆变器输出交流电的频率分类: 工频逆变（50HZ~60HZ） 中频逆变（几百赫兹至十几千赫兹） 高频逆变（十几千赫兹至十几兆赫兹）
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6.1.2 逆变电路的控制方式
C2(-)→VD2→L→R→N t3~t4区间：L储能释放完毕，VD2关断， VT2开始导通，电感反向充电，io反向增加。 电流流通路径为：
C2(+) →R →L → VT2 → C2(-)
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2、单相全桥式逆变电路
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第6讲现代电力电子技术[1]
VT1~VT4组成逆变电路的四个桥臂，大电感串 联于直流电源的输出端，因此直流回路电流Id基本 不变。R、L为逆变器的负载，电容C是并联在负载 两端的补偿电容器，与L、R组成并联谐振电路。电 容C处于过补偿状态，使并联谐振回路的电流超前 于电压u0一个角度θ，即R、L、C呈容性，θ的大 小取决于电容的补偿程度。
当电动机采用星型接法时，始终有一相绕组断开，
换流时该相绕组中会引起较高的感应电势，需采取
过电压保护措施。
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三相逆变电路及其等效电路
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第6讲现代电力电子技术[1]
希望的三相相电压波形
希望输出的三相 相电压波形如左图 所示。同一时间段， 只有两相有输出电 压。三相电压互差 120°。
等效电路及其波形图
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第6讲现代电力电子技术[1]
v 固定脉冲控制方式 VT1、VT4驱动信号同相，VT2、VT3驱动信号
同相，而VT1、VT4和VT2、VT3的驱动信号互补， 逆变器输出的交流电压和电流波形与半桥式逆变器 基本相同，区别是全桥式逆变器导通器件为对角桥 臂开关器件成对导通，因而负载输出电压幅值为直 流电压值，是半桥电路的2倍。
在VT1、VT3导通时有正向电流自A流向B，在 VT2、VT4导通时有反向电流自B流向A , A B 间的 电流是方波型的交流电。
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第6讲现代电力电子技术[1]
设0~π区间，VT1、VT3导通，io＝id，C与R、L
工作于谐振状态。在ωt=π时刻之前，输出电压uo ＞0, VT2、VT4 承受正向电压。在ωt=π时刻，VT1
1、对器件进行180°或120°导通控制，使 逆变器输出波形为方波或阶梯波，这种 方式对器件的工作频率要求较低。 ——要求开关器件动作慢。
2、采用斩波控制，这种方式可以减少输出波 形的谐波 ，使输出波形更接近理想波形。 ——要求开关器件动作快。
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6.2 电压型逆变电路
t1~ t2区间： K1、K4通， K2、K3断， io﹥0
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t2~ t3区间： K1、K2通， K3、K4断， io﹥0
t3~ t4区间： K2、K3通， K1、K4断， io﹥0
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t4~ t5区间： K2、K3通， K1、K4断， io﹤0
的死 区时间。
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6.3 电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆变电路即为电流型逆变 电路。一般电流源的输出端都串联有大电感，使输 出电流脉动很小，近似为恒流。
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6.3.1 单相电流型逆变电路 晶闸管组成的单相桥式电流型逆变电路
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直流电压Ud 通过K1、K5 、K6加到负载的 三端。负载U相和W相并联后再与V相串联接 到Ud两端。
U相和W相并联后的阻抗为每相阻抗的一 半。该阻抗与V相阻抗串联后共同承担电压Ud。 因此， 相对于负载公共点N点，U相和W相上 的电压为1/3 Ud ， V相上的电压为-2/3 Ud 。
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第6讲现代电力电子技术[1]
负载线电压为输出相电压之差
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第6讲现代电力电子技术[1]
每个输出周期分六个开关组合状态
① U相高的前60°、 V相低的中间60 °和W 相高的后60 °， K1、K5、K6导通 当电流为负时（感性负载电流滞后电压），
实际导通器件可能为二极管。等效电路如下：
该控制方式的逆变电路的上桥臂开关K1、K3、 K5和下桥臂开关K4、K6 、K2各自以相隔120°的 顺序依次导通，一个周期中每个开关导通120°。 同一时刻，只有两个开关导通，一个属于上桥臂，
另一个属于下桥臂。
该方式同一相上下桥臂有60°的导通间隙，对 换流的安全有利，但开关器件的利用率较低，并且
当两器件切换时，应采取先断后通的方 法，即先使应关断的器件关断，其关断一定 时间之后，再给应导通的器件发出开通信 号，这一间隔要确保应关断的器件关断后才 开通另一器件。
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第6讲现代电力电子技术[1]
死区时间的长短取决于器件的开关速度， 器件的开关速度越快，所留的死区时间就可 以越短。对于工作于上下桥臂通断互补控制 方式的任何电路，都必须设置“先断后通”
1、单相半桥式逆变电路 某弧焊逆变电源主电路
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第6讲现代电力电子技术[1]
单相全波可控整流电路和单相半桥式逆变电路
单相全波可控 整流电路
单相半桥式 逆变电路
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第6讲现代电力电子技术[1]
单相半桥式逆变电路及其波形图
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第6讲现代电力电子技术[1]
④ V、U两相有电压，K3 、K4导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
⑤ W、U两相有电压，K5 、K4导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
⑥ W、V两相有电压，K5 、K6导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
在180°导通方式的逆变器中，为了防 止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而 引起直流电源短路，必须在两开关切换时设 置死区时间。 死区时间：指同一相上的两开关切换时驱动 信号同时为0的一段短暂的时间。
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第6讲现代电力电子技术[1]
② U相高的中间60°、 V相Biblioteka Baidu的后60 °和W 相低的前60 °， K1、K2、K6导通
相对于N点， U相上的电压 为2/3 Ud ， V相 和W相上的电压 为-1/3 Ud 。
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第6讲现代电力电子技术[1]
③U相高的后60°、 V相高的前60 °和W相 低的中间60 °， K1、K2、K3导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
⑤ U相低的中间60°、 V相高的后60 °和W 相高的前60 °， K3 、K4 、K5导通
相对于N点， V相和W相上的 电压为1/3 Ud ， U相上的电压 为-2/3 Ud 。
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第6讲现代电力电子技术[1]
⑥ U相低的后60°、 V相低前的60 °和W相 高的中间60 °， K4 、K5 、K6导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
工作原理分析 每个工作周期有六种状态 ①U、V两相有电压，K1、K6导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
②U、W两相有电压，K1、K2导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
③ V、W两相有电压，K3、K2导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
6.2.2 三相电压型逆变电路 低压变频器主电路
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电压型全桥式逆变电路
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第6讲现代电力电子技术[1]
电压型全桥式逆变电路的控制方式：
电压输出波形为180°导通型的方波; 电压输出波形为120°导通型的方波;
等效电路及其波形图
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第6讲现代电力电子技术[1]
0 ~ t 2区间： VT1正偏（上桥臂通），VT2反偏（下桥
臂关断），负载电压uo = uAN = Ud/2。 0～t1区间： io与uo方向相反， 电流通路为：
N→R→L→VD1→C1(+),L放能。 t1~t2区间： io流向变为从右向左，VT1通，
VD1断。电流流通路径为： C1(+)→VT1→L→R→N，L储能。
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第6讲现代电力电子技术[1]
t2~t4区间： VT1反偏（上桥臂断），VT2正偏（下桥
臂通），负载电压uo =uAN =－Ud/2。 t2~t3区间： io＞0，负载电感放能，故VD2
导通，VT2关断， io减小，电流流通路径为：
t5~ t6区间： K3、K4通， K1、K2断， io﹤0
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第6讲现代电力电子技术[1]
3、推挽式单相逆变电路 电路结构与单相全波可控整流电路相同。
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第6讲现代电力电子技术[1]
开关由IGBT和 二极管反并联组 成，副边绕组接 负载。交替驱动 VT1和VT2，则在 变压器副边得到 波形与全桥电路 完全相同的输出 电压uo和电流io。
脉冲宽度调制 .
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1、180°导通型方波输出三相逆变器 希望输出的三相相电压波形
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第6讲现代电力电子技术[1]
从波形看，每个周期输出六种状态： UW高V低；U高VW低；UV高W低； UW低V高；U低VW高； UV低W高。 每个桥臂的导通角度为180°，同一相上 下两个桥臂交替导电，三相负载同时施加电 压，各相导电的角度依次相差120°。 设六个开关为K1~K6，其中K为VT和VD的 并联。六个开关的导通顺序为K1、K2、K3、 K4、K5、K6. 在同一时刻，有三个开关导 通，或者上桥臂一个下桥臂两，或者上桥臂两 开关下桥臂一个。
相对于N点， U相和V相上的 电压为1/3 Ud ， W相上的电压 为-2/3 Ud 。
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第6讲现代电力电子技术[1]
④ U相低的前60°、 V相高的中间60 °和W 相低的后60 °， K2、K3 、K4导通
相对于N点， V相上的电压为 2/3 Ud ，U相和 W相上的电压 为-1/3 Ud 。
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6.1 逆变电路的分类和控制方式
6.1.1 逆变电路的分类 按直流电源的性质分类: 电压型逆变电路 电流型逆变电路 按逆变电路输出交流电的相数分类: 单相逆变电路 三相逆变电路 多相逆变电路 按负载以及能量传递情况分类: 无源逆变器 有源逆变器
VT1、VT4和VT3、VT2的驱动信号互补， 但VT1与VT4、 VT2与 VT3的驱动信号错开δ 角。
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脉 冲 移 相 控 制 时 的 工 作 波 形
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0~t1区间： K1、K4通， K2、K3断， io﹤0
固定脉冲控制方式的交流输出电压仍为正负电
压各为180°的方波，输出电压有效值的调节只能
靠改变直流侧电压Ud完成，由于直流侧并联有大电 容，影响了调节的快速性。
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v 移相控制方式 对成对导通的两组开关器件（对角开关
器件为一组）的驱动信号不再按相差控制， 而是移动一定角度，使输出电压波形的宽度 发生变化，从而实现调节输出电压的目的。
相对于N点， U相和V相上的 电压为-1/3 Ud ， W相上的电压 为2/3 Ud 。
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每相 负载 上的 电压 为每 相阻 抗上 的压 降
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2、120°导通型方波输出三相逆变电路
与VT2、VT3与VT4需要换流时，触发VT2和VT4，VT2 、VT4因受正压而导通，VT1、VT3受反向电压而关断。 在io的负半周时刻，触发VT1、VT3，则VT2、VT4承受 反向电压关断，VT1、VT3再次导通。
晶闸管触发脉冲出现的时刻与负载电压有关，这 种利用负载电压使晶闸管关断的方式称为负载换流方 式。
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按逆变器输出电平的数目分类: 两电平逆变电路 三电平逆变电路 多电平逆变电路
按逆变器输出交流电的频率分类: 工频逆变（50HZ~60HZ） 中频逆变（几百赫兹至十几千赫兹） 高频逆变（十几千赫兹至十几兆赫兹）
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6.1.2 逆变电路的控制方式
C2(-)→VD2→L→R→N t3~t4区间：L储能释放完毕，VD2关断， VT2开始导通，电感反向充电，io反向增加。 电流流通路径为：
C2(+) →R →L → VT2 → C2(-)
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2、单相全桥式逆变电路
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VT1~VT4组成逆变电路的四个桥臂，大电感串 联于直流电源的输出端，因此直流回路电流Id基本 不变。R、L为逆变器的负载，电容C是并联在负载 两端的补偿电容器，与L、R组成并联谐振电路。电 容C处于过补偿状态，使并联谐振回路的电流超前 于电压u0一个角度θ，即R、L、C呈容性，θ的大 小取决于电容的补偿程度。
当电动机采用星型接法时，始终有一相绕组断开，
换流时该相绕组中会引起较高的感应电势，需采取
过电压保护措施。
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三相逆变电路及其等效电路
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希望的三相相电压波形
希望输出的三相 相电压波形如左图 所示。同一时间段， 只有两相有输出电 压。三相电压互差 120°。
等效电路及其波形图
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v 固定脉冲控制方式 VT1、VT4驱动信号同相，VT2、VT3驱动信号
同相，而VT1、VT4和VT2、VT3的驱动信号互补， 逆变器输出的交流电压和电流波形与半桥式逆变器 基本相同，区别是全桥式逆变器导通器件为对角桥 臂开关器件成对导通，因而负载输出电压幅值为直 流电压值，是半桥电路的2倍。
在VT1、VT3导通时有正向电流自A流向B，在 VT2、VT4导通时有反向电流自B流向A , A B 间的 电流是方波型的交流电。
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设0~π区间，VT1、VT3导通，io＝id，C与R、L
工作于谐振状态。在ωt=π时刻之前，输出电压uo ＞0, VT2、VT4 承受正向电压。在ωt=π时刻，VT1
1、对器件进行180°或120°导通控制，使 逆变器输出波形为方波或阶梯波，这种 方式对器件的工作频率要求较低。 ——要求开关器件动作慢。
2、采用斩波控制，这种方式可以减少输出波 形的谐波 ，使输出波形更接近理想波形。 ——要求开关器件动作快。
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6.2 电压型逆变电路
t1~ t2区间： K1、K4通， K2、K3断， io﹥0
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t2~ t3区间： K1、K2通， K3、K4断， io﹥0
t3~ t4区间： K2、K3通， K1、K4断， io﹥0
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第6讲现代电力电子技术[1]
t4~ t5区间： K2、K3通， K1、K4断， io﹤0
的死 区时间。
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6.3 电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆变电路即为电流型逆变 电路。一般电流源的输出端都串联有大电感，使输 出电流脉动很小，近似为恒流。
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6.3.1 单相电流型逆变电路 晶闸管组成的单相桥式电流型逆变电路
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直流电压Ud 通过K1、K5 、K6加到负载的 三端。负载U相和W相并联后再与V相串联接 到Ud两端。
U相和W相并联后的阻抗为每相阻抗的一 半。该阻抗与V相阻抗串联后共同承担电压Ud。 因此， 相对于负载公共点N点，U相和W相上 的电压为1/3 Ud ， V相上的电压为-2/3 Ud 。
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负载线电压为输出相电压之差
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每个输出周期分六个开关组合状态
① U相高的前60°、 V相低的中间60 °和W 相高的后60 °， K1、K5、K6导通 当电流为负时（感性负载电流滞后电压），
实际导通器件可能为二极管。等效电路如下：
该控制方式的逆变电路的上桥臂开关K1、K3、 K5和下桥臂开关K4、K6 、K2各自以相隔120°的 顺序依次导通，一个周期中每个开关导通120°。 同一时刻，只有两个开关导通，一个属于上桥臂，
另一个属于下桥臂。
该方式同一相上下桥臂有60°的导通间隙，对 换流的安全有利，但开关器件的利用率较低，并且
当两器件切换时，应采取先断后通的方 法，即先使应关断的器件关断，其关断一定 时间之后，再给应导通的器件发出开通信 号，这一间隔要确保应关断的器件关断后才 开通另一器件。
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第6讲现代电力电子技术[1]
死区时间的长短取决于器件的开关速度， 器件的开关速度越快，所留的死区时间就可 以越短。对于工作于上下桥臂通断互补控制 方式的任何电路，都必须设置“先断后通”