第五章逆变电路
逆变电路原理图
逆变电路原理图逆变电路是一种将直流电转换为交流电的电路。
它通常由开关管和电感、电容等元件组成，可以实现直流电源向各种负载输出交流电。
逆变电路在各种电子设备中都有广泛的应用，例如逆变电源、UPS电源等。
在本文中，我们将介绍逆变电路的原理图及其工作原理。
逆变电路的原理图通常由输入端、输出端、开关管、电感、电容等元件组成。
其中，输入端接收直流电源，经过开关管的控制，通过电感和电容等元件实现直流电到交流电的转换，最终输出到负载中。
开关管的工作状态由控制电路来控制，它可以周期性地打开和关闭，从而实现对直流电的切割和转换。
电感和电容则起到了滤波和平滑输出波形的作用。
逆变电路的工作原理是基于开关管的工作状态来实现的。
当开关管处于导通状态时，直流电源通过电感储能，同时电容器充电，此时负载得到电源供电。
当开关管处于断开状态时，电感释放能量，电容器放电，此时负载得到的是电感和电容器放电的能量。
通过不断地切换开关管的工作状态，可以实现直流电到交流电的转换。
在逆变电路中，开关管的工作状态由控制电路来控制。
控制电路通常由PWM控制器、驱动电路、反馈电路等组成。
PWM控制器可以根据输入信号的大小和频率来生成相应的脉冲信号，驱动电路则将脉冲信号传递给开关管，控制其导通和断开。
反馈电路则可以监测输出端的电压和电流，将其反馈给PWM控制器，实现对输出波形的调节和稳定。
逆变电路的原理图和工作原理对于电子工程师来说是非常重要的。
通过深入理解逆变电路的原理图和工作原理，可以更好地设计和调试逆变电路，提高电路的效率和稳定性。
同时，对于工程师来说，熟练掌握逆变电路的原理图和工作原理也是必不可少的技能。
总之，逆变电路是一种非常重要的电子电路，在各种电子设备中都有着广泛的应用。
通过深入理解逆变电路的原理图和工作原理，可以更好地应用和设计逆变电路，提高电路的效率和稳定性。
希望本文对您有所帮助，谢谢阅读！。
第五章 逆变电路 习题集答案
第五章逆变电路一、填空题1、换流方式主要有器件换流、电网换流、负载换流、和强迫换流。
2、单相电压型逆变电路中二极管的作用是反馈和续流。
3、180。
导电方式三相电压型逆变电路中，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侧电源短路，要求采用先断后通的方法。
t4、单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路中为了保证晶闸管可靠关断，反压时间应大t于晶闸管关断时间。
（大于、等于或小于）q5、串联二极管式晶闸管三相电流型逆变电路采用强迫换流方式。
二、选择题1、电压型逆变电路特点有（bcd）A、直流侧接大电感B、交流侧电流接正弦波C、直流侧电压无脉动D、直流侧电流有脉动2、电流型逆变电路特点有（a）A、直流侧接大电感B、交流侧电流接正弦波C、直流侧电压无脉动D、直流侧电流有脉动3、无源逆变电路中，以下半导体器件采用器件换流的有（acd），采用强迫换流和负载换流的有（b）。
A、GTOB、SCRC、IGBTD、MOSFET4、（ad）属于自然换流，（bc）属于外部换流。
A、器件换流B、电网换流C、负载换流D、强迫换流三、问答题1、无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流测接电网，即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
2、换流方式各有哪几种？各有什么特点？答：换流方多有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。
强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
3、什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。
电力电子复习题 第5章 有源逆变与变频电路
第五章有源逆变与变频电路一．选择题1.可实现有源逆变的电路为。
(A) 三相半波可控整流电路，(B) 三相半控桥整流桥电路，(C) 单相全控桥接续流二极管电路，(D) 单相半控桥整流电路。
2.在一般可逆电路中，最小逆变角βmin选在下面那一种范围合理。
(A) 30º-35º， (B) 10º-15º， (C) 0º-10º， (D) 0º。
3.在有源逆变电路中，逆变角β的移相范围应选为最好。
(A) β=90º~180º，(B) β=35º~90º， (C) β=0º~90º，4.下面哪种情况不具有变流功能的（）(A) 有源逆变(B) 交流调压(C) 变压器降压(D) 直流斩波5.可实现有源逆变的电路为。
(A) 单相全控桥可控整流电路(B) 三相半控桥可控整流电路(C) 单相全控桥接续流二极管电路(D) 单相半控桥整流电路6.变流器工作在逆变状态时，控制角α必须在度。
(A) 0°-90°； (B) 30°-120°； (C) 60°-150°； (D) 90°-150°；二．判断题7.在用两组反并联晶闸管的可逆系统中，使直流电动机实现四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，那么另一组就工作在逆变状态。
（）8.逆变角太大会造成逆变失败。
（）9.有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。
（）10.变频调速实际上是改变电动机内旋转磁场的速度达到改变输出转速的目的。
（）11.逆变失败，是因主电路元件出现损坏，触发脉冲丢失，电源缺相，或是逆变角太小造成的。
（）12.变频调速装置是属于无源逆变的范畴。
（）13.有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。
（）14.供电电源缺相、逆变桥元件损坏、逆变换流失败等故障，也会引起逆变失败。
电力电子技术5 逆变电路
晶闸管的导通电流方向一致，其电压只要稍大于变流器直流侧的平均电 压Ud。 （的2极）性内与部整条流件状：态变时流相电反路，必才须能工把作直在流β功小率于逆9变00区为域交，流使功直率流反端送电电压网U。d 这两个条件缺一不可。 （3）串接大电感
电力电子技术
第五章 逆变电路
第五章 逆变电路
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
电力器件的换流方式 有源逆变电路 无源逆变电路 电压型逆变电路 电流型逆变电路 负载换流式逆变电路 脉冲宽度调制型逆变电路
第五章 逆变电路
在实际应用中，有些场合需要将交流电转变为大小 可调的直流电——即前面讲过的整流。有时还需要 将直流电转变为交流电——即为逆变。它是整流电 路的逆过程。在一定条件下，一套晶闸管电路既可 用于整流又可用于逆变，这种装置称为变流器。
亦增大，导致
5.2 有源逆变电路
2、重物下放，变流器工作于逆变状 反送电网，这就是有源逆变的工
态
作原理。
在整流状态，电流Id由直流电压Ud产 生，整流电压Ud的波形必须使正面积 大于负面积。当重物下放时，电动
机转速方向相反，产生的电动势E亦
反向，为了防止两电源顺向串接形
成短路，此时Ud方向也要反向，即控 制角大于900，Ud波形出现负面积大 于正面积变成负值，但由于E的作用，
如果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，称为有源 逆变。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电 动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方 面。如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接 接到负载，即将直流电逆变成为某一频率或可变频 率的交流电供给负载，称为无源逆变。它用于交流 电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面。
第五章--单相并网逆变器
第5章单相并网逆变器后级的DC- AC部分，采用单相全桥逆变电路，将前级 DC- DC输出的400V 直流电转换成220V/50Hz 正弦交流电，完成逆变向电网输送功率。
光伏并网逆变器实现并网运行必须满足要求：输出电压与电网电压同频同相同幅值，输出电流与电网电压同频同相（单位功率因数），而且其输出还应满足电网的电能质量要求，这些都依赖于逆变器的有效并网控制策略。
光伏并网逆变器拓扑结构按逆变器主电路的拓扑结构分类，主要有推挽逆变器、半桥逆变器和全桥逆变器。
5.1.1推挽式逆变电路推挽式逆变电路由两只共负极的功率开关元件和一个原边带有中心抽头的升压变压器组成。
它结构简单，两个功率管可共同驱动，两个开关元件的驱动电路具有公共地，这将简化驱动电路的设计。
U图5-1 推挽式逆变器电路拓扑推挽式电路的主要缺点是很难防止输出变压器的直流饱和，另外和单电压极性切换的全桥逆变电路相比，它对开关器件的耐压值也高出一倍。
因此适合应用于直流母线电压较低的场合。
此外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。
推挽式逆变器拓扑结构如图5-1 所示。
5.1.2半桥式逆变电路}半桥式逆变电路使用的功率开关器件较少，电路结构较为简单，但主电路的交流输出电压幅值仅为输入电压的一半，所以在同等容量条件下，其功率开关的额定电流要大于全桥逆变电路中功率元件额定电流，数值为全桥电路的2 倍。
由于分压电容的作用，该电路具有较强的抗电压输出不平衡能力，同时由于半桥式逆变电路控制较为简单，且使用元件少、成本低，因此在小功率等级的逆变电源中常被采用。
其主要缺点是直流侧电压利用率低，在同样的开关频率下电网电流的谐波较大。
图5-2 半桥式逆变器电路拓扑5.1.3全桥式逆变电路全桥逆变电路可以认为是由2 个半桥逆变电路组成的，在单相电压型逆变电路中是应用最多的电路，主要用于大容量场合。
在相同的直流输入电压下，全桥逆变电路的最大输出电压是半桥式逆变电路的2 倍。
逆变电路工作原理
逆变电路工作原理逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电路，其工作原理是通过控制开关器件的导通和断开，改变电路中电流的方向和大小，从而实现将直流电能转换为交流电能的目的。
逆变电路广泛应用于各种电力电子设备中，如逆变器、变频器、交流电源等。
逆变电路主要由开关器件、滤波电路、控制电路和保护电路组成。
1. 开关器件：逆变电路中常用的开关器件有晶体管和功率MOSFET。
当开关器件导通时，电流可以流过开关器件，从而实现电流的方向和大小的改变。
当开关器件断开时，电流无法通过开关器件，从而实现电流的反向改变。
2. 滤波电路：逆变电路中的滤波电路用于平滑输出电压，减小电压的纹波。
常见的滤波电路包括电容滤波和电感滤波。
电容滤波器通过连接电容器来存储电荷，使得输出电压平滑。
电感滤波器通过连接电感器来抑制高频噪声，使得输出电压更加稳定。
3. 控制电路：逆变电路中的控制电路用于控制开关器件的导通和断开。
控制电路可以根据输入信号的变化来判断何时开关器件导通和断开，从而实现输出电压的控制。
常见的控制电路包括脉宽调制（PWM）控制和频率调制（FM）控制。
4. 保护电路：逆变电路中的保护电路用于保护开关器件和其他电子元件免受过电流、过电压和过温等异常情况的伤害。
保护电路可以通过监测电流、电压和温度等参数，并及时采取相应的措施来保护电路的安全运行。
逆变电路可以实现不同的输出波形，如方波、正弦波和三角波等。
根据输出波形的不同，逆变电路可以分为全桥逆变电路、半桥逆变电路和单相逆变电路等。
全桥逆变电路可以实现正弦波输出，适合于高功率应用。
半桥逆变电路适合于中功率应用。
单相逆变电路适合于低功率应用。
逆变电路的应用非常广泛。
在家庭中，逆变电路常用于太阳能发电系统和风能发电系统中，将直流电能转换为交流电能供电给家庭用电设备。
在工业领域，逆变电路常用于机电驱动系统中，控制机电的转速和转向。
此外，逆变电路还广泛应用于电力电子设备、电动车充电器、UPS电源等领域。
第5章 逆变电路
也叫电流换流。
图5-3直接耦合式 强迫换流原理图
图5-4 电感耦合式 强迫换流原理图
5.1.2 换流方式分类
换流方式总结：
器件换流——适用于全控型器件。 其余三种方式——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。
5.2.1 单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用 移相得方式来调节输出 电压－移相调压。
V3的基极信号比V1落后θ （0＜θ ＜180 °）。V3、 V4的栅极信号分别比V2、
V1的前移180°－θ 。输出
电压是正负各为θ的脉冲。
改变θ就可调节输出电压。
uG1
a)
O
t
u G2
O
t
u G3
θ
O
t
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。
5.3 电流型逆变电路
5.3.1 单相电流型逆变电路 5.3.2 三相电流型逆变电路
5.3.1 单相电流型逆变电路
1) 电路原理
由四个桥臂构成，每个 桥臂的晶闸管各串联一 个电抗器，用来限制晶 闸管开通时的di/dt。
负载中点和电源中点间电压
uNN'
1 3
(uUN'
uVN'
uWN'
)
1 3
(uUN
uVN
uWN )
(5-6)
负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是
1 uNN' 3 (uUN' uVN' uWN' )
第五章 光伏并网逆变器的电路拓扑总结
5-25Βιβλιοθήκη 5.4 多支路光伏并网逆变器
5.4.1 隔离型多支路光伏并网逆变器
图5-20 多支路高频链光伏并网逆变器结构
5-26
5.4 多支路光伏并网逆变器
5.4.1 隔离型多支路光伏并网逆变器
图5-21 多支路高频链光伏并网逆变器系统整体控制框图
5-27
5.4 多支路光伏并网逆变器
5.4.2 非隔离型多支路光伏并网逆变器
图5-7 三相工频隔离型结构 a) 三相两电平 b) 三相三电平
5-10
5.2 隔离光伏并网逆变器
5.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器
DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器，单级容量一般在 几个千瓦以内，整机工作效率大约在93%以上。
图5-8 DC/DC变换型高频链光伏并网系统一 a) 电路组成 b) 波形变换模式
第五章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
光伏并网逆变器的电路拓扑
光伏并网逆变器的分类 隔离型光伏并网逆变器 非隔离型光伏并网逆变器 多支路光伏并网逆变器 微型光伏并网逆变器
5-1
第五章 光伏并网逆变器的电路拓扑
光伏并网逆变器将太阳能电池输出的直流电转换成 符合电网要求的交流电再输入电网，是光伏并网系 统能量转换与控制的核心。 光伏并网逆变器的性能影响和决定整个光伏系统是 否能够稳定、安全、可靠、高效地运行，同时也是 影响整个系统使用寿命的主要因素。 本章将对光伏并网逆变器进行分类讨论。
5.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器
优点：结构简单、可靠性高、抗冲击性能好、安全性高、无直流电 流问题。 缺点：体积大、质量重、噪声高、效率低。
图5-5 工频隔离变压器对系统效率的影响
5-8
5.2 隔离光伏并网逆变器
修改稿第5章逆变电路
图5.2.4 单相桥式逆变 电路工作原理
波器滤波获得。
图5.2.4(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
u B N 2 U d si t n 1 5 s5 it n 7 1 s7 it n 1 1 s1 1 it n 1 1 1 s3 1 it n 3 (5.3.8)
相电压基波幅值
UBN1m
2Ud
(5.3.9)
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。
1 Ts
Ts 0
/2
Ud
2
d
tUd
(5.3.6)
同单相半桥逆变电路相比，在相同
负载的情况下，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。
2020/2/12
图5.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、电压型单相全桥逆变电路
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。
2020/2/12
图5.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
3、电压型三相桥式逆变电路
逆变电路工作原理
逆变电路工作原理逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电路，常用于电力电子设备中。
它的主要功能是将直流电源的电压和频率转换为需要的交流电压和频率。
逆变电路广泛应用于太阳能发电、风能发电、电动汽车等领域。
逆变电路的工作原理可以简单描述为：通过控制开关管的导通和截止，将直流电源的电压进行开关调制，从而产生一个脉宽调制（PWM）的波形。
这个波形经过滤波电路后，得到一个平滑的交流电压输出。
具体来说，逆变电路由以下几个主要部分组成：1. 输入滤波电路：逆变电路的输入是直流电源，为了确保输入电流的稳定性和纹波较小，需要使用输入滤波电路。
这个电路一般由电容器和电感器组成，能够滤除输入电压中的高频噪声和纹波。
2. 逆变器电路：逆变器电路是逆变电路的核心部分，它负责将直流电源的电压转换为交流电压。
逆变器电路通常由开关管（如晶体管、功率MOS管等）和驱动电路组成。
开关管的导通和截止由驱动电路控制，通过不断地开关和截止，可以实现对输出波形的调制。
3. 输出滤波电路：逆变器电路输出的波形是一个脉宽调制的波形，需要经过输出滤波电路进行平滑处理，得到一个稳定的交流电压。
输出滤波电路一般由电感器和电容器组成，能够滤除输出波形中的高频成分，使得输出电压更加稳定。
4. 控制电路：逆变电路的控制电路负责控制开关管的导通和截止，以及调整输出电压和频率。
控制电路一般由微处理器或专用的控制芯片实现，通过对输入信号的采样和处理，可以实现对逆变电路的精确控制。
逆变电路有多种工作方式，常见的有单相逆变电路和三相逆变电路。
单相逆变电路适用于单相交流电源的应用，而三相逆变电路适用于三相交流电源的应用。
根据输出波形的形式，逆变电路又可分为方波逆变电路、正弦波逆变电路和修正正弦波逆变电路等。
总结起来，逆变电路通过控制开关管的导通和截止，将直流电源的电压转换为需要的交流电压。
它由输入滤波电路、逆变器电路、输出滤波电路和控制电路等组成。
逆变电路的工作原理复杂多样，可以根据不同的应用需求选择不同的工作方式和输出波形。
逆变电路习题
第五章逆变电路一、填空题1.把直流电变成交流电的电路称为________，当交流侧有电源时称为________，当交流侧无电源时称为________。
2.电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方面，换流可以分为两类，即外部换流和________，进一步划分，前者又包括________和________两种换流方式，后者包括________和________两种换流方式。
3.适用于全控型器件的换流方式是________，由换流电路内电容直接提供换流电压的换流方式称为________。
4.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为________，当直流侧为电流源时，称此电路为________。
5.半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为________Ud ，全桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为________Ud 。
6.三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为________，各相开始导电的角度依次相差________，在任一时刻，有________个桥臂导通。
7.电压型逆变电路一般采用________器件，换流方式为________；电流型逆变电路中，较多采用________器件，换流方式有的采用________，有的采用________。
8.单相电流型逆变电路采用________换相的方式来工作的，其中电容C和L、R构成________电路，单相电流型逆变电路有自励和他励两种控制方式，在启动过程中，应采用先________后________的控制方式。
9.三相电流型逆变电路的基本工作方式是________导电方式，按VT1到VT6的顺序每隔________依次导通，各桥臂之间换流采用________换流方式。
10.从电路输出的合成方式来看，多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式。
电压型逆变电路多用________多重方式；电流型逆变电路多采用________多重方式。
第五章光伏并网逆变器的电路拓扑讲解
第五章光伏并网逆变器的电路拓扑5.1 光伏并网逆变器的分类5.2 隔离型光伏并网逆变器5.3 非隔离型光伏并网逆变器5.4 多支路光伏并网逆变器5.5 微型光伏并网逆变器第五章光伏并网逆变器的电路拓扑光伏并网逆变器将太阳能电池输出的直流电转换成符合电网要求的交流电再输入电网，是光伏并网系统能量转换与控制的核心。
光伏并网逆变器的性能影响和决定整个光伏系统是否能够稳定、安全、可靠、高效地运行，同时也是影响整个系统使用寿命的主要因素。
本章将对光伏并网逆变器进行分类讨论。
5.1 光伏并网逆变器的分类根据光伏并网逆变器与电网的连接有无隔离变压器，可将光伏并网逆变器分为隔离型和非隔离型两大类，详细分类如图5-1所示。
图5-1 光伏并网逆变器分类5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构工频隔离型特点：主电路和控制电路相对简单，光伏阵列直流输入电压的匹配范围较大，可有效防止电网电流通过桥臂与人体在直流侧形成回路造成的人体伤害事故，保证系统不会向电网注入直流分量，有效的防止了配电变压器的饱和。
但体积大、质量重，增加了系统损耗及成本。
5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构高频隔离型特点：相比工频隔离型，具有较小的体积和质量，克服了工频隔离型的主要缺点。
图5-3 高频隔离型光伏并网逆变器结构a) DC/DC变换型 b) 周波变换型5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构与隔离型相比，省去了笨重的隔离变压器，体统结构简单、质量变轻、成本降低并提高了效率，将成为今后主要的光伏并网逆变器结构。
包括单级非隔离型和多级非隔离型。
图5-4 非隔离型光伏并网逆变器结构5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构非隔离型的光伏并网系统中，光伏阵列与电网电压直接连接。
大面积的光伏阵列与大地之间存在较大的分布电容，因此会产生光伏阵列对地的共模漏电流。
电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)
5.2.1 单相不控整流电路
表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况
VD1
u2
R
t
u2
VD2
0～π VD VD 二极管导 VD1导通、 + AC 截止 R AC 通情况 VD R 2 + AC ud +- ud |u2|AC + ud
1 1
ωt
π～2π VD2导通、 VD1截止 |u2| uVD1= -2|u2|， uVD2=0
VD 1 L R eL
VD 1 i VD1 id iVD2 u2 VD2 ud L eL R
u2
ud
带续流二极管的单相 半波整流电路
u2
b)
d)
u2 O ud O id O f) 2
t1
2
t
O ud
t1
2
t
t
O id
2
t
t
O f)
t
消除了负载电压为出 现负值的现象
三相 交流
VD1
VD3
VD5
a b c R
VD4
VD6
VD2
b) 电路
5.2.3 整流滤波电路
1. 电容滤波电路
id VD1 i2 a u1 u2 b VD2 VD4 VD3 iC ud +
iR C R u1
T
i2 u2
id ic ud + C iR R
5.2.3 整流滤波电路
id VD1 i2 a u1 u2 b VD2
VD4
VD6
VD2
b) 电路
• 单相交流整流电路所能提供的功 率通常限制在2.5kW以下，要求更 大功率直流电源的设备就需要利 用三相交流电源和三相整流电路， 其中最普及的是三相桥式整流电 共阳 路。 极组
第5章 无源逆变电路
• 二、串联谐振式逆变电路 • 1.电路组成 • 在逆变电路的直流侧并联一个大电容C，用电容储能来缓冲电 源和负载之间的无功功率传输。从直流输出端看，电源因并联大 电容，其等效阻抗变得很小，大电容又使电源电压Ud稳定，从而 使逆变电路输出电压接近双极性矩形波，这种逆变电路又被称为 电压型逆变电路。 • 图5一11给出了串联谐振式逆变电路的主电路，主要用于淬火、 热加工等场合。
•
• 第一节 无源逆变的基本工作原理
一、逆变电路工作原理 • 逆变电路种类较多，根据变频的过程可分为两大类，一类为 交一交变频，另一类为交一直一交变频，下面以单相逆变电路为 例来阐述其工作原理。 • 1.单相交一直一交变频电路 •
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图5-1 单相输出交——直——交变频电路 （a）电路；（b）输出电压波形
• 一、并联谐振式逆变电路 • 1.电路组成 • 图5一8所示电路即为并联谐振逆变电路的主电路， 一般多用于金属的熔炼、淬火及透热的中频加热电源。
图5-8 并联谐振式逆变电路
图5-9 逆变器的换流过程 （a）VT1、VT4导通；（b）换相；（c）VT2、VT3导通
图5-10 并联谐振式逆变电路 工作波形
• 第二节谐振式逆变电路
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在晶闸管逆变电路中，晶闸管的换相方式有以下三种: 器件换相、负载换相和强迫换相。其中负载换相方式是利用负载 电流相位超前电压的特点来实现换相的，即利用负载电路的谐振 来实现换相，这种电路称为谐振式逆变电路。由于谐振式逆变电 路不用附加专门的换流电路，因此应用较为广泛。 • 如果换相电容与负载并联，换相是基于并联谐振的原理， 则称为并联谐振式逆变电路;它广泛应用于金属冶炼、加热、中 频淬火等场合。如果换相电容与负载串联，换相是基于串联谐振 原理，则称为串联谐振式逆变电路，适用于高频悴火、弯管等场 合。 •
第5章无源逆变电路
表5-1 180º导电型三相桥式逆变电路各阶段等效电路及相电压和线电压
5.2.3电压型逆变电路的特点
(1)直流侧接有大电容，相当于电压源，直流电压基本无脉动， 直流回路呈现低阻抗。
(2)由于直流电压源的箝位作用，交流侧电压波形为矩形波， 与负载阻抗角无关，而交流侧电流波形和相位因负载阻抗角 的不同而异，其波形接近三角波或接近正弦波。
5.5脉宽调制型逆变器
PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断 进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不 等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。 按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可以改 变逆变电路输出电压的大小，又可以改变输出电压 的频率。
• 5.5.1 PWM控制的基本原理 • 5.5.2 PWM逆变器及其优点 • 5.5.3 SPWM控制电路
图5-14 电流型三相桥式逆变电路的输出波形
5.3.3电流型逆变器的特点
(1)直流侧串联有大电感，直流侧电流基本无脉动， 由于大电感抑流作用，直流回路呈现高阻抗，短 路的危险性也比电压型逆变电路小得多。
(2)电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通 路径，因此交流侧输出的电流为矩形波，与负载 性质无关。而交流侧电压波形因负载阻抗角的不 同而不同。
5.5.1 PWM控制的基本原理
正弦波脉宽调制的控制思 想是利用逆变器的开关元 件，由控制线路按一定的 规律控制开关元件是否通 断，从而在逆变器的输出 端获得一组等幅、等距而 不等宽的脉冲序列。 SPWM 控 制 方 式 就 是 对 逆 变电路开关器件的通断进 行控制，使输出端得到一 系列幅值相等而宽度不相 等的脉冲，用这些脉冲来 代替正弦波或者其他所需 要的波形。
第5章逆变电路
第五章逆变电路一.换流方式1.分类：器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流2.器件换流：适用于全控型器件●其余三种方式：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，则称为熄灭二.逆变1.逆变电路的概念以及组成：与整流相对应，直流电变成交流电，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成●逆变：把直流电转变成交流电，整流的逆过程。
●交流侧接电网，为有源逆变●交流侧接负载，为无源逆变●既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。
2.逆变电路的分类：根据直流侧电源性质的不同●直流侧是电压源：电压型逆变电路又称为电压源型逆变电路●直流侧是电流源：电流型逆变电路又称为电流源型逆变电路3.产生逆变的条件：●有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压●晶闸管的控制角α>π/2，使Ud为负值●半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压u d不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变●欲实现有源逆变，只能采用全控电路4.逆变和整流的区别：控制角α不同●0<α<π/2时，电路工作在整流状态●π/2<α<π时，电路工作在逆变状态5.把a>π/2时的控制角用π-α=β表示，β称为逆变角●逆变角β和控制角α的计量方向相反，其大小自β=0的起始点向左方计量6.逆变电路的基本工作原理：●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i o和u o的波形相同，相位也相同●阻感负载时，i o相位滞后于u o，波形也不同7.逆变失败的原因：●触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，脉冲丢失、脉冲延时，致使晶闸管不能正常换相●晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通●交流电源缺相或突然消失●换相的裕量角不足，引起换相失败8.三相桥整流电路有源逆变状态时各电量的计算：●U d=-1.35U2cosβ●输出直流电流的平均值亦可用整流的公式I d=(U-E)/R∑●每个晶闸管导通2π/3，故流过晶闸管的电流有效值I VT=I d/√3=0.577I d●从交流电源送到直流侧负载的有功功率Pd=R∑I d2+E M I d●在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值I2=√2I VT=√(2/3)I d=0.816I d9.确定最小逆变角βmin的依据：●逆变时允许采用的最小逆变角β应等于βmin=δ+γ+θ●δ晶闸管的关断时间t q折合的电角度，t q大的可达200~300ms，折算到电角度约4︒~5︒●γ换相重叠角，随直流平均电流和换相电抗的增加而增大●θ安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度一般可达5︒约取为10︒●βmin一般取30︒~35︒三.电压型逆变电路1.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，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管四.单相电压型逆变电路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U d/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2.全桥逆变电路特点●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°●输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍●改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压U d来实现●基波的幅值U o1m=4U d/π=1.27U d●基波的有效值U o1=2√2U d/π=0.9U d3.带中心抽头变压器的逆变电路与全桥电路的比较：●比全桥电路少用一半开关器件●器件承受的电压为2U d，比全桥电路高一倍●必须有一个变压器五.三相电压型逆变电路1.三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路2.基本工作方式：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3.负载各相到电源中点N'的电压：U相，1通，u UN'=U d/2，4通，u UN'=-U d/24.负载线电压：●u UV=u UN'-u VN'●u VW=u VN'-u WN'●u WU=u WN'-u UN'5.负载相电压：●u UN=u UN'-u NN'●u VW=u VN'-u NN'●u WU=u WN'-u NN'6.负载中点和电源中点间电压7.负载三相对称时有u UN+u VN+u WN=08.输出线电压有效值U UV=0.816U d●其中基波幅值U UV1m=2√3U d/π=1.1U d●基波有效值U UV1=U UV1m/√2=√6/πU d=0.78U d9.输出线电压有效值U UN=0.471U d●其中基波幅值U UN1m=2U d/π=0.637U d●基波有效值U UN1=U UV1m/√2==0.45U d六.电流型逆变电路1.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●换流方式有负载换流、强迫换流七.单相电流型逆变电路1.工作方式为负载换相2.工作分析：一个周期内有两个导通阶段和两个换流阶段●基波电流有效值I ol=4I d/√2π=0.9I d●负载电压有效值U o和直流电压U d的关系Uo=1.11Ud/cosφ3.自励方式：工作过程中，感应线圈参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整4.固定工作频率的控制方式称为他励方式七.三相电流型逆变电路1.电路分析：基本工作方式是120°导电方式，每个臂一周期内导电120°，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，换流方式为横向换流2.输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各120°的矩形3.串联二极管式晶闸管逆变电路●主要用于中大功率交流电动机调速系统●是电流型三相桥式逆变电路●各桥臂的晶闸管和二极管串联使用●120°导电工作方式●强迫换流方式，电容C1~C6为换流电容●换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段八.多重逆变电路1.电压型逆变电路输出电压是矩形波，●电流型逆变电路输出电流是矩形波，含有较多谐波●多重逆变电路把几个矩形波组合起来，接近正弦●多电平逆变电路输出较多电平，使输出接近正弦2.两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器T1和T2串联起来●输出波形：两个单相的输出u1和u2是180°矩形波3.多重逆变电路有串联多重和并联多重两种●串联多重——把几个逆变电路的输出串联起来，多用于电压型●并联多重——把几个逆变电路的输出并联起来，多用于电流型4.三相电压型二重逆变电路的工作原理●由两个三相桥式逆变电路构成，输出通过变压器串联合成●两个逆变电路均为180°导通方式，逆变桥II的相位逆变桥I滞后30°●T1为Δ/Y联结，线电压变比为1：√3，T2一次侧Δ联结，二次侧两绕组曲折星形接法，其二次电压相对于一次电压而言，比T1的接法超前30°，以抵消逆变桥II比逆变桥I滞后的30°这样，u U2和u U1的基波相位就相同●如果T2和T1，一次侧匝数相同，为了使U u2和U u1基波幅值相同，T2和T1二次侧间的匝比就应为1/√35.以N’为参考点，输出相电压有U d/2和-U d/2两种电平，称为两电平逆变电路6.三电平逆变电路也称中点钳位型逆变电路：每桥臂由两个全控器件串联构成，两者中点通过钳位二极管和直流侧中点相连7.线电压的电平：●相电压相减得到线电压●两电平逆变电路的输出线电压有±Ud和0三种电平●三电平逆变电路的输出线电压有±U d、±U d/2和0五种电平●三电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路●三电平逆变电路每个主开关器件承受电压为直流侧电压的一半。
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2021/3/5
■ 第五章逆变电路
9
5.1.2 换流方式分类
➢ 基本的负载换流逆变电路：
➢采用晶闸管
➢负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在 接近并联谐振状态而略呈容性
• 电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入
• 直流侧串入大电感Ld id基本没有脉动
uo
uo
Ld
io
id
VT1
C
Ed
io R
L
VT2
uo
O
t
VT3 i
io iVT1 iVT4
O VT4 i
iVT2 iVT3
t
O uVT
O
t1
uVT1
uVT4
t
t
a)
图5-2 负载换流电路及其
b)
2021/3工/5 作波形
■ 第五章逆变电路 图5-2
10
5.1.2 换流方式分类
➢ 工作过程（工作波形图5-2b）
《电力电子技术》 电子教案
•第5章 逆变电路
2021/3/5
■ 第五章逆变电路
1
5
第 章 逆 变 电 路
2021/3/5
引言
5.1 换流方式
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
5.1.2 换流方式分类 5.2 电压型逆变电路
5.2.1 单相电压型逆变电路
5.2.2 三相电压型逆变电路
5.3 电流型逆变电路 5.3.1 单相电流型逆变电路 5.3.2 三相电流型逆变电路
➢研究换流方式主要是研究如何使器件关断
➢ 本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此在本章讲述
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■ 第五章逆变电路
8
5.1.2 换流方式分类
➢ 1. 器件换流
➢ 利 用 全 控 型 器 件 的 自 关 断 能 力 进 行 换 流 （ Device Commutation）
➢ 2. 电网换流
S
VT +
负载
图5迫-3图 换直流5接-原3耦理合图式强
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4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波
负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗
很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦
uo
uo
Ld
io
id VT1
O
C
VT3 i
io iVT1 iVT4
Ed
io R
L
VT2
uo
O VT4 i
iVT2 iVT3
O uVT
O
t1
uVT1
uVT4
a)
图5-2 负载换流电路
反向并增大
uo
S1 io 负载S3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
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a)
■ 第五章逆变电路
b)
7
5.1.2 换流方式分类
➢换流—电流从一个支路向另一个支路转移的过程.(也
称换相)
➢ 开通：适当的门极驱动信号就可使其开通 ➢ 关断：
➢全控型器件可通过门极关断 ➢半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断 ➢一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断
b)
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及其工作波图 形5-2
■ 第五章逆变电路
t
t t t
11
5.1.2 换流方式分类
➢ 工作过程
t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、 VT3电压即为uo
t1时承：受触反压发而VT关2、断V，T电3使流其从开VT通1、，VuTo加4换到到VVTT4、3、VVTT12上使其
5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 5.4.1 多重逆变电路
5.4.2 多电平逆变电路
本章小结
■ 第五章逆变电路
2
引言
➢逆变(DC-AC)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 交流侧接负载，为无源逆变 本章讲述无源逆变
➢逆变与变频
变频电路：交交变频和交直交变频两种 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
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■ 第五章逆变电路
3
引言
➢ 逆变电路的应用
蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电 时，需要逆变电路
交流电机调速用变频器、不间断电源(UPS)、感应加热电源 等电力电子装置的核心部分都是逆变电路
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■ 第五章逆变电路
4
5.1 换流方式
➢5.1.1 逆变电路的基本工作原理
➢ 由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation） ➢ 可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电
路，不需要器件有门极关断能力，也不需要为换流附加元件。
➢ 3. 负载换流
➢ 由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation） ➢ 条件（p133）：负载电流相位超前于负载电压的场合，都可
6
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
➢ 阻感负载时，io相位滞后于uo，波形不同. t1前： S1、S4通，uo 和 io 均为正 t1时刻: 断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，
但 io不能立刻反向
io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感
能量向电源反馈，io 逐渐减小，t2时刻 降为零，之后 io 才
t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成
uo
Ld
io
O id
VT1
C
VT3
i
Ed
io R
L
O
VT2
uo
VT4 i
O uVT
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图5-2 负载换流电路及 其工作波形
O
a)
■ 第五章逆变电路
uo
io iVT1 iVT4
iVT2 iVT3
t1
uVT1
uVT4
b)
t
t t t
12
5.1.2 换流方式分类
➢ S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，把直流电变成了交流电 ➢ 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
uo
S1 io 负载S3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
a)
b)
5-1 逆变电图路5-及1其波形举例
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■ 第五章逆变电路
➢ 单相桥式逆变电路为例
➢ S成1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组 ➢ S1、S4闭合，Байду номын сангаас2、S3断开时，负载电压uo为正
uo
S1 io 负载S3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
a)
b)
图5-1 逆图 变5电-1路及其波形举例
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■ 第五章逆变电路
5
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
4. 强迫换流
➢ 设置附加的换流电路，给欲关断 的晶闸管强迫施加反向电压或反 向电流的换流方式称为强迫换流 （Forced Commutation）
通常利用附加电容上储存的能 量来实现，也称为电容换流
➢ 直接耦合式强迫换流——由换流 电路内电容提供换流电压
VT通态时，先给电容C充电。 合上S就可使晶闸管被施加反 压而关断