第5章逆变电路优秀课件
修改稿第5章逆变电路-课件
在图5.2.1中，T1、T2表示由两个电力
半导体器件组成的导电臂，当T1关断，T2
导通时，电流流过T2；当T2关断，T1导通时，
电流i从T2转移到T1。
图5.2.1 桥臂的换流
电力器件的换流方式
一般来说，换流方式可分为以下四种：
➢ （1）器件换流：利用电力电子器件自身所有的关断能 力进行换流称为器件换流。
设置附加的换流电路，由换流电路 内的电容提供换流电压，控制电力电子 器件实现电流从一个臂向另一个臂转移 称为脉冲换流，有时也称为强迫换流或 电容换流。
脉冲换流有脉冲电压换流和脉冲电流换流。
✓ 脉冲电压换流原理：
在晶闸管T处于导通状态时,预
先给电容C按图中所示极性充电。
如果合上开关 S，就可以使晶闸管
3、可以做成感应加热电源，例如中频电源， 高频电源等。
第5章: 逆变电路
一、 逆变器的性能与分类 二、电力器件的换流方式与逆变电路的
工作原理 三、电压型逆变电路 四、电流型逆变电路
电力器件的换流方式
定义：电流从一个臂向另一个臂转移的 过程称为换流（或换相）。
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
时，当输出开电关压T1、u0T=－4断U开d ;，T2、T3闭合
和5.2T.42当(、b)T以所3时频示，率的则f交S交在变替电电切压阻换波R上开形获关，得其T1如周、图期T4 T了s=交1/流fS，电这压样uo，。u就o含将有直各流次电谐压波E变，成如 果想得到正弦波电压，则可通过滤波
图5.2.4 单相桥式逆变 电路工作原理
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
第五章_逆变电路
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
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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8
5.1.2 换流方式分类
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
b)
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及其工作波图形5-2
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
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
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
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。
《逆变电路教学》课件
通过控制半导体开关器件的通断，将直流输入转换为交流输出，实现 电能的逆向变换。
逆变电路的分类与特点
分类
按照输出交流的相数，可分为单 相逆变器和三相逆变器；按照逆 变电路的脉宽调制方式，可分为 方波逆变器和正弦波逆变器。
特点
高效节能、绿色环保、灵活方便 、可靠性高、维护成本低等。
逆变电路的应用场景
分布式电源
逆变电路在分布式电源系统中扮演着重 要的角色，将直流电源转换为交流电源 ，供给负载使用。
不间断电源
在计算机、通信、医疗等领域，不间断 电源需要提供稳定的交流电源，逆变电 路是不间断电源的核心组成部分。
电动汽车与充电桩
电动汽车在充电过程中，需要将直流电 能转换为交流电能供给充电桩，逆变电 路在此过程中发挥着关键作用。
实验平台的搭建与调试
实验平台的搭建
根据逆变电路的原理和要求，选择合 适的器件搭建实验平台，确保电路的 正确连接和稳定性。
实验平台的调试
对实验平台进行测试和调整，确保各 部分工作正常，为后续的实验和仿真 分析做好准备。
实验数据的采集与分析
使用合适的测量仪器和设备， 采集逆变电路的输入、输出电
压、电流等关键参数。
控制电路结构
脉冲宽度调制（PWM）
PWM是一种常见的逆变电路控制方法，通过调节半导体开关器件的开关时间来 控制输出电压和电流的大小。PWM控制方法具有简单、易于实现和调节精度高 等优点。
空间矢量调制（SVPWM）
SVPWM是一种基于PWM的控制方法，通过调节半导体开关器件的开关状态来 控制输出电压和电流的方向和大小。SVPWM控制方法具有更高的调节精度和更 好的输出波形质量。
03
人工智能与机器学习算法
电力电子技术课件_第5章逆变
负载中点和电源中点间电压
1 uNN' (uUN' uVN' uWN' ) 3 1 (uUN uVN uWN ) 3
u NN'
1 (u UN' u VN' u WN' ) 3
图5.7 逆变电路的工作波形
⑷ 根据电压和频率控制方法不同可分为
5.1.2 DC/AC变换的工作原理
⒈ 基本工作原理 单相桥式无源逆变电路，开关 S1、S2、S3、S4表示电力电 子开关器件的 4个桥臂，均为理想开关。 当开关 S1、S4闭合，S2、S3断开时， uo为正； 当开关 S1、S4断开，S2、S3闭合时， uo为负。 直流电转换为交流电。
+
V1
Ud 2
V3 VD1 U V VD4 V6 图5-9
V5 VD3 W VD6 V2 VD5 N VD2
N'
Ud 2
uG1
O
-
V4
uG2
O
ωt
ωt ωt ωt
uG3
O
uG4
O
uG5
O
ωt
uG6
O
ωt
5.2.2 三相电压型逆变电路
+
V1
Ud 2
V3 VD1 U V VD4 V6 图5-9
N'
Ud 2
uG1
V4
VD4
V6
VD6
V2
VD 2
任一瞬间，3个桥臂同时导通， O uG2 可能是上1下2个臂，也可能是 O uG3 上2个下1个臂同时导通。
逆变电路
S2 a)
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
5-4
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
第 5 章 逆 变 电 路
直流电
交流电
5-5
5.1.1 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。
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
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 Current Source Type Inverter-VSTI
5-13
5.2 电压型逆变电路
2）电压型逆变电路的特点
(1)直流侧为电压源或 并联大电容，直流侧电压 基本无脉动。 (2)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
1 (u UN' u VN' u WN' ) 3
一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。
桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id每60°脉动 一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传 送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点。 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，应采取“先断后通” 数量分析见教材。
电容器串联，要控制两者电压均衡。
第 5 章 逆 变 电 路
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。
5-17
5.2.1 单相电压型逆变电路
第5章-逆变电路
当变化两组开关切换频率，就可变化输出交流电频
率相也；位不若也同接相。电同阻；负若载阻时感，负负载载时电，i流o相io和位u滞o旳后波于形uo相，同波，形
如图所示，设t1前S1、S4通，则uo和io均为正。 若在t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，则uo旳极性变负，但io 不能立即反向且仍维持原方向；
交直交变频电路由交直变换（整流）和直交变换两部分构成， 后一部分就是逆变。
3. 应用
多种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等在向交流 负载供电时就需要逆变电路。
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力 电子装置旳关键部分都是逆变电路。
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5.1 换流方式
5.1.1 逆变电路旳基本工作原理 5.1.2 换流方式分类
优点：电路简朴，使用器件少。
缺陷电：容输器出串交联流，电须压控幅制值两仅者为电压Ud均/2衡，。且直流侧需要两个
应用： 常用于几kW下列旳小功率逆变电源。 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路 旳组合。
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5.2.1 单相电压型逆变电路
2. 全桥逆变电路
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，但幅值 高出一倍。 变化输出交流电压旳有效 值只能经过变化直流电压 Ud来实现。
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5.1.2 换流方式分类
4. 逼迫换流 举例：
设置附加旳换流电路，给欲关断旳晶闸管逼迫施加 反向电压或反向电流旳换流方式称为逼迫换流 (forced commutation), 这一般是利用附加电容上储存 旳能量来实现，故也称为电容换流。
逆变电路
Ud 3
t
iU
g)
O
t
id
h)
O
t
图5-10电压型三相桥式逆
变电路的工作波形
5-31
5.2.2 三相电压型逆变电路
负载中点和电源中点间电压
1 uNN' 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
2．全桥逆变电路
+ T ~ T2
T0~T/2
V1
V3 VD 1
Ud
C a R io L b
V2
uo
T/ 2 ~ T1
-T1 ~T
VD2 V4
图5-5 全桥逆变电路
单相逆变电路中应用最多
VD3
两个半桥电
VD4
路的组合
T1
T2
uG1
O
uG2 VD3 O
uG3 O
图5-5
t t t
5.2.1 单相电压型逆变电路
5-5
第5章 逆变电路
5-6
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电 交流电
5-7
5.1.1 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。
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Ud来 实现。
逆变电路的基本工作原理
第5章逆变电路主要内容：换流方式，电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。
重点：换流方式，电压型逆变电路。
难点：电压型逆变电路，电流型逆变电路。
基本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。
逆变概念：逆变——直流电变成交流电，与整流相对应。
本章无源逆变逆变电路的应用：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、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
本章仅讲述逆变电路基本内容，第6章PWM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开1换流方式（1）逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例：S1～S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正S1；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。
图5-1 逆变电路及其波形举例电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。
阻感负载时，io 滞后于uo，波形也不同（图5-1b）。
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才反向并增大（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。
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1、器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation）。
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 •
•
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
•
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。 •
逆变电路的基本工作原理
第5章逆变电路主要内容：换流方式，电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路.重点:换流方式,电压型逆变电路.难点：电压型逆变电路,电流型逆变电路.基本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路,理解电流型逆变电路,了解多重逆变电路和多电平逆变电路。
逆变概念：逆变—-直流电变成交流电，与整流相对应。
本章无源逆变逆变电路的应用：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、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
本章仅讲述逆变电路基本内容，第6章PWM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开1换流方式(1)逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例:S1～S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正S1；S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o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。
图5-1 逆变电路及其波形举例电阻负载时,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滞后于u o，波形也不同（图5-1b）。
t1前：S1、S4通，u o和i o均为正。
t1时刻断开S1、S4,合上S2、S3，u o变负，但i o不能立刻反向。
i o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，i o逐渐减小，t2时刻降为零,之后i o才反向并增大（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.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1、器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation）。
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。
《电力电子技术》课件——第5章 逆变电路
Ld
t
O
id
VT1
Ed
uo
C
R
io
VT2
VT3
i
L
uo
io
VT4
1
4
O
i
O
uVT
O
a)
iVT iVT
iVT
2
t1
iVT
3
uVT
uVT
t
t
4
1
t
b)
3)
载
换
uo
io
Ld
Ed
t
O
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O
i
O
u VT
流
O
a)
i VT
2
t1
3
uVT
uVT
t
滞后于
t
io
4
1
t
b)
图5-2
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uo
io
Ld
Ed
t
O
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i
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1
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i
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流
O
a)
i VT
2
t1
iVT
3
uVT
uVT
t
逆变电路的基本工作原理
第5章逆变电路主要内容：换流方式，电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。
重点：换流方式，电压型逆变电路。
难点：电压型逆变电路，电流型逆变电路。
基本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。
逆变概念：逆变——直流电变成交流电，与整流相对应。
本章无源逆变逆变电路的应用：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、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
本章仅讲述逆变电路基本内容，第6章PWM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开1换流方式（1）逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例：S1～S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o 为正S1；S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o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。
图5-1 逆变电路及其波形举例电阻负载时，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滞后于u o，波形也不同（图5-1b）。
t1前：S1、S4通，u o和i o均为正。
t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，u o变负，但i o不能立刻反向。
i o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，i o逐渐减小，t2时刻降为零，之后i o才反向并增大（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。
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1、器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation）。
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5.1.2 换流方式分类
1) 器件换流（Device Commutation）
▪ 利用全控型器件的自关断能力进行换流。 ▪ 在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR
等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。
2) 电网换流（Line Commutation）
▪ 电网提供换流电压的换流方式。
▪ 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。
3) 负载换流（Load Commutation） 4) 强迫换流（Forced Commutation）
5.1.2 换流方式分类
▪ 由负载提供换流电压的换流方式。 ▪ 负载电流的相位超前于负载电压的
5.2.1 单相电压型逆变电路
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, 它又起着使负载电流连续的 作用，又称续流二极管。
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。
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。
5.2.1 单相电压型逆变电路
2) 全桥逆变电路
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Ud来 实现。
u
a)
o
Um
O
t
-Um
io
O
t3 t1 t2
t4
t5 t6
t
ON V1 V2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
图5－6 单相半桥电压型逆变
电路及其工作波形
5.2.1 单相电压型逆变电路
优点：电路简单，使用器件少。 缺 两电点容：器输串出联交，流要电控压制幅两值者为电U压d/均2衡，。且直流侧需 应用：
5.2 电压型逆变电路
1）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 Voltage Source Type Inverter-VSTI
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 Current Source Type Inverter-VSTI
场合，都可实现负载换流。
▪ 如图是基本的负载换流电路，4个
桥臂均由晶闸管组成。
▪ 整个负载工作在接近并联谐振状态
而略呈容性。
▪ 直流侧串电感，工作过程可认为id
基本没有脉动。
▪ 负载对基波的阻抗大而对谐波的阻
抗小。所以uo接近正弦波。
▪ 注意触发VT2、VT3的时刻t1必须在
uo过零前并留有足够的裕量，才能 使换流顺利完成。
▪ 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 ▪ 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。
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
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原 理
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo
S 1
io
负载
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S 3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
a)
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电
交流电
5.1.1 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。
电和u阻o的负波载形时相，同负，载相电位流也io
相同。
阻于u感o负，载波时形，也i不o相同位。滞后
a) uo
io
t1 t2
t
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
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，也称为换相。
开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 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。 研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
通过换流电路内的 电容和电感的耦合 来提供换流电压或 换流电流
电感耦合式 强迫换流
5.1.2 换流方式分类
直接耦合式强迫换流
当晶闸管VT处于通态 时，预先给电容充电。当 S合上，就可使VT被施加 反压而关断。也叫电压换 流。
电感耦合式强迫换流
先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管使其 加上反向电压。也叫电流换 流。
5.2 电压型逆变电路
2）电压型逆变电路的 特点
(1)直流侧为电压源或 并联大电容，直流侧电压 基本无脉动。
(2)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
(3)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。
图5-5 电压型全桥逆变电路
图5-2 负载换流电路及其工作波形
5.1.2 换流方式分类
4)强迫换流（Forced Commutation）
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫 施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。
通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因 此也称为电容换流。
分类
由换流电路内电容 直接提供换流电压
直接耦合式 强迫换流
第5章逆变电路
第5章 逆变电路 • 引言
▪ 逆变的概念
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。 本章讲述无源逆变 交流侧接负载，为无源逆变。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。
▪ 主要应用