第五章 DC-AC变换电路(1)

无源逆变电路：
要求：1。四种换流方式 2。电压型逆变器的特点及单相 和三相电压型逆变电路 3。电流型逆变器的特点及并联 谐振式逆变电路和三相串联二极管 式逆变电路
变频方法：①交—交变频 （直接变频） ②交—直—交变频（间接变频）
用途：1、蓄电池、太阳能电池等直流电源，通 过无源逆变电路给交流负载供电
注意：半控桥或有续流二极管的电路不能实现有源 逆变。
5.2
有源逆变应用电路
Ud=Ud0cos α 0＜α＜π/2 Ud＞0 整流 π/2 ＜α＜ π Ud＜0 逆变 逆变角β：以α=π为计量起始点，向左度量。 即： π-α= β ，π/2 ＜α＜π即 0＜ β＜π/2 ∴ Ud=Ud0cos α = -Ud0cos β 一、三相半波逆变电路 二、三相桥式逆变电路
不间断电源UPS（Uninterruptible Power Supply） 3。感应加热用交流电源
5.3 无源逆变电路
无源逆变电路
一、逆变电 路的基本工 作原理
二、换流方 式分类
一、逆变电路的基本工作原理
Ud
S1 负载
S2
S3
S4
改变两组开 关切换频率， 可改变输出 交流电频率
二、换流方法分类
三、三相电流型逆变电路——串联二极管式电 流型逆变电路 （三）换流过程（强迫换流）
I VT
Id
2 Id 3
1 Id 3
I 2 2 I VT
5.2
有源逆变应用电路
3、功率计算
Pd R I EM I d U d I d
2 d
4、逆变时的功率因素 Pd cos S 5、考虑变压器漏抗
U d U d 0 cos U d U d 0 cos U d
第五章 DC-AC变换电路
1。定义：DC → AC 直流电变为交流电的电路称为逆变电路 2。有源逆变：交流侧和电网连结。 交流电网←晶闸管电路←直流电动机 特点：只改变电压，不改变频率；能量→电网 3。无源逆变：变流电路的交流侧不与电网联接， 而直接接到负载 直流电源→晶闸管电路→交流负载 特点：既改变电压，又可改变频率；能量→负载
• 有源逆变电路 • 无源逆变电路
有源逆变电路
• 逆变的概念 • 三相有源逆变电路 • 逆变失败及最小逆变角的限制
5.1
有源逆变的基本原理
一、电能的流转
1°两个电势源同极性相接时，电流总是从电势高的 流向电势低的，其值大小取决于电势差和回路总电 阻。 2°电流由电势源正极流出的为输出功率；
电流由电势源正极流入的为输入功率。
换流方式小结：
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——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
5.4
电压型和电流型逆变器
1 一、电压 型和电流 型逆变器 的特点
三、三相电压型逆变电路
2、工作特点
（1）触发顺序为V1→V2→…→V6，每隔 60°发出一个脉冲 （2）换相总是在同相之间进行——纵向换流 （3）在任一瞬间有三个桥臂同时导通，每个 桥臂一个周期内导通180° 3、输出电压波形
电压型逆变电路（VSTI）
总结：（电压型逆变电路应掌握以下问题）
1。电压型逆变电路的主要特点
5.2
有源逆变应用电路
1、输出电压平均值的近似计算和整流时一样。
U d U d 0 cos U d 0 cos( ) U d 0 cos
2、电流计算 U d EM Id R 三相半波电路
三相全控桥式电路
I dVT
I 2 I VT
1 Id 3 1
3
逆变失败及最小逆变角的限制
三、逆变失败的原因 逆变失败（逆变颠覆）—— 逆变时，一旦换相失
败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使 变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联， 形成很大短路电流。 1。触发电路工作不可靠（脉冲丢失、脉冲延时、 脉冲次序颠倒等） 2。晶闸管发生故障 3。交流电源发生缺相或突然消失 4。换相的裕量角不足
逆变失败及最小逆变角的限制
换相重叠角的影响：
a b c iVT
1 2 3
LB VT 1 LB VT
2
L id ud M EM +
iVT
LB VT 3
iVT
o ud ua ub uc ua ub
O
p
t t

id O iVT
2

3

iVT
2
iVT
iVT
1
iVT
3
• 如果<时（从图2-47右下角的波形中可清楚地看 •当>时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。 到），该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶 闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。
3、任何时刻只有两个器件导通，一个共阳极组， 一个共阴极组，每个器件导电角120°。
电流型逆变器(CSTI)
三、三相电流型逆变电路——串联二极管式电流 型逆变电路 （三）换流过程（强迫换流） 换流电容上电压稳定后有以下规律： 共阳极组：与导通的晶闸管相连的电容端为+， Uc=Uco 与不导通的晶闸管相连的电容Uc=0 共阴极组：与导通的晶闸管相连的电容端为-， Uc=Uco 与不导通的晶闸管相连的电容Uc=0
电流型逆变器(CSTI)
三、三相电流型逆变电路——串联二极管 L 式电流型逆变电路 +
（一）电路结构 L：滤波电感 VT1~VT6：逆变桥 C1~C6：换流电容 VD1~VD6：隔离二极 管——防止C对负载放 电
Id VT 1 C1 VT 3 + C5+ VD3 VT 0 5 C3 VD 5 U V M W 3
电压型逆变电路（VSTI）
二、单相电压型逆变电路 ——半桥逆变电路 1、电路结构及工作原理（器件换流） 2、VD1、VD2——反馈二 极管（续流二极管） （1）为负载向直流侧反馈 能量提供通道
（2）使负载电流连续
电压型逆变电路（VSTI）
三、三相电压型逆变电路 1、电路结构
电压型逆变电路（VSTI）
2。单相电压型逆变电路的工作原理
3。三相电压型逆变电路的工作特点
4。三相电压型逆变电路输出电压计算
作业：由IGBT构成的三相电压型逆变电路，已 知，现在是VT3、VT4、VT5导通，问下一步 应触发哪一个管子，关断哪一个管子，换流结束 后，在图中标出负载电流方向，及此时三相相电 压值。
电流型逆变器(CSTI)
VD1 Ud VD4
C4 VD6 0 C2 + VT 6
VD2 + C6 VT 2
VT 4
-
电流型逆变器(CSTI)
三、三相电流型逆变电路——串联二极管 式电流型逆变电路
（二）工作特点（强迫换流） 1、按VT1→VT6的顺序触发，每隔60°发出一个 脉冲； 2、换相总是在不同相之间进行——横向换相；
逆变失败及最小逆变角的限制
四、最小逆变角的确定 βmin=δ+γ+θ′ δ： 关断时间折合的电角度 4°~5° γ： 重叠换相角 15°~20° θ′：安全裕量角 10° ∴ βmin一般取30°~35°
作业：
1、三相全控桥变流器，反电动势阻感负载， R=1Ω，L=∞，U2=220V，LB=1mH，当 EM=-400V，β=60时求Ud、Id与γ 的值， 此时送回电网的有功功率是多少？ 2、单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω， L=∞，U2=100V，LB=0.5mH，当EM=99V，β=60时求Ud、Id和γ的值。
2 二、三相 电压型逆 变电路
3 三、单相 电流型逆 变电路
4
四、三相 电流型逆 变电路
逆变电路按其直流电源性质不同分为两种 电压型逆变电路或电压源型逆变电路 电流型逆变电路或电流源型逆变电路
电压型逆变电路（VSTI）
一、主要特点 1）直流侧为电压源，或并联大电容，相当于电压 源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻 抗 2）交流侧输出电压波形为矩形波，并与负载阻抗 角无关。 3）直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交 流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥 各桥臂都并联反馈二极管。
电流型逆变器(CSTI)
二、单相电流型逆变电路 ——并联谐振式逆变电路
（一）电路结构 Ld：滤波、交流隔离 VT1~VT4：主逆变晶闸管 LT1~LT4：限制SCR开通时 的di/dt C：补偿电容 L、R：负载
Ld Id VT 1 LT1 io LT2 VT 2 B 图5-12 A VT3 LT3 LT4 VT4
要求：1、了解电流型逆变器的特点 2Βιβλιοθήκη Baidu单相电流型逆变电路——并联谐振 式逆变器 3、三相电流型逆变电路——串联二极 管式电流型逆变器
电流型逆变器(CSTI)
一、电流型逆变器的主要特点
1、直流侧串联有大电感，相当于电流源。直 流电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。 2、交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻 抗角无关。 3、直流侧电感起缓冲无功能量的作用。但其 不必像电压型逆变电路给开关器件反并联二 极管。
3°顺向串联时，电源短路，应防止出现该情况。
5.1
有源逆变的基本原理
二、逆变产生的条件：
1。外部条件：必须要有直流电动势，其极性和晶闸 管导通的方向一致，|EM|>|Ud| 2。内部条件：要求晶闸管的控制角α＞π/2，使Ud 为负值。 两者必须同时具备才能实现有源逆变。
例：判断下列电路能否逆变？ 1、单相全控桥式电路，U2=100V，E=-70V, α=120 2、单相全控桥式电路，U2=100V，E=-30V, α=120 3、单相半控桥式电路，U2=100V，E=-70V, α=120 4、如图所示电路， U2=100V，E=-70V, α=120
+
CL
uo R
电流型逆变器(CSTI)
二、单相电流型逆变电路 ——并联谐振式逆变电路
（二）工作原理——负载换流 负载电路总体工作在容性小失谐的情况下 注意以下时间： 1）换流时间tγ=t4- t2 2）反压时间tβ=t5- t4> tq 3）触发引前时间tδ=t5- t2= tγ+ tβ 4）io超前于uo的时间tφ=t5- t3= tγ/2+ tβ ∴功率因素角为φ=γ/2+β
换流（换相）：电流从一个支路向另一个 支路转移的过程 使其导通：给控制极适当的信号 使其关断： （1）半控器件——外部条件or一定措施 （2）全控器件——用控制极信号
二、换流方法分类
1。器件换流（Device Commutation） 利用全控器件自关断能力 用于采用全控器件（GTO、GTR、电力 MOSFET、IGBT）的电路 2。电网换流（Line Commutation） 由电网提供换流电压 用于整流、有源逆变、交交变频、交流调压
电流型逆变器(CSTI)
小结：（并联谐振式逆变电路应掌握以下问题） 1、并联谐振式逆变器为保证换相应满足什么条 件？ （1）负载工作于容性小失谐情况 （2）反压时间tβ>关断时间tq
（3） tδ=tγ+ tβ
2、并联谐振式逆变器的换流方式——负载换流
3、并联谐振式逆变器的电流、电压波形及四个 时间
2、电网的50Hz电源不能满足特殊要求
3、满足负载的严格要求
4、交流电动机的变频调速
工业用特殊电源：
1。变频变压电源（VVVF电源）
Variable Voltage Variable Frequency
交流电动机的交流调速（变频器） 2。恒频恒压电源（CVCF电源）
Constant Voltage Constant Frequency
二、换流方法分类
3。负载换流（Load Commutation） 由负载提供换流电压 用于负载电流的相位超前负载电压的场合 4。强迫换流（Forced Commutation）—— 电容换相 设置附加的换流电路，给欲关断的器件强迫 施加反向电压或反向电流
直接耦合式强迫换流 强迫换流逆变电路 电感耦合式强迫换流 ——通过换流电路内电容和电感耦合提供换流电压 ——由换流电路内电容提供换流电压 或换流电流两种电感耦合式强迫换流： 图5-9a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断 图5-9b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断 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 给晶闸管加上反向电 压而使其关断的换流也 叫电压换流 先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管 使其加 反压的换流叫电 流换流