逆变电路课件
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O uVT
1 4
uo io
uo
工作过程： 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。
?t
b)
图5-2 负载换流 电路及其工作波形
5-8
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。 4)强迫换流 （Forced Commutation） 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
5-13
5.3.1 单相电压型逆变电路
1.单相半桥电压型逆变电路
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。
u o Um O -Um io
a)
t
图5－6 单相半桥电压型逆变 电路及其工作波形
5-14
t 3 t4 O t t t5 t6 1 2 V1 V2 V1 V2 ON VD1 VD2 VD1 VD2 b)
5-1
5.1.2 逆变技术应用领域
1.交流电动机变频调速 其变频调速器的核心即无源逆变电路，变频器通 过控制交流电机的电压、电流、频率来调节电机转速。 变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响 应好等优点；变频家电节约电费、提高家电性能、保 护环境等。 2.不间断电源 核心技术：将蓄电池的直流电逆变为交流电。 3.感应加热 由逆变器产生中高频交流电供给熔炼炉负载线圈， 5-2 产生交变磁通，利用涡流效应和磁滞效应使金属发热
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。
5-7
3) 负载换流（Load Commutation）
• 概念：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场合，都可实现负载换 流。 a) • 如图并联谐振逆变器：负载换流电路，4个桥臂均由晶闸管组 O ?t io 成。 iVT iVT 1 4 i • 整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。 O iVT iVT ?t i 2 3 • 直流侧串大电感使id 基本没有脉动。 O t1 uVT • 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 。? t uVT
直流电 交流电
5-4
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 io 和uo的波形相同，相位也 相同。 阻感负载时，io相位滞后 于uo，波形也不同。
图5-1 逆变电路及其波形举例
5-5
5.2.2 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， 开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 也称为 换相。
图5-4电感耦合式强迫换流原理图
5-11
• 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。
• 熄灭: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。
5-12
5.3 电压型逆变电路
由换流电路内电容 直接提供换流电压 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 直接耦合式 强迫换流 电感耦合式 强迫换流
5-9
• 1）直接耦合式强迫换流
当晶闸管VT处于通态S断，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。图5图5-3直接耦合式 3 强迫换流原理图
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。
5-6
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。
5-10
2）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，图5-4。 （1）、若VT通时，S断开，C的充电极性为-+，则S合上后
LC震荡电流反向流过VT，抵消其负载i（=0）后再流过VD，
在第一个半周期VT关断。 （2）、若VT通时，S断开， C的充电极性为-+，则S合上 后震荡i先正向流过VT跟负载i 叠加，经半个震荡周期后， 反向流过VT，直到合成i减为0 再流过VD。VT在第二个半周 期关断。
第5章 无源逆变电路
5.1 逆变技术概述 5.1.1逆变技术基本概念和分类
逆变——与整流相对应，把直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。
交流侧接负载，为无源逆变。
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。 逆变技术分类：
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-VSຫໍສະໝຸດ BaiduI
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
电路框图：5-5
5.2 无源逆变电路的工作原理
5.2.1 逆变电路的基本工作原理 单相桥式逆变电路为例： 结构： 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。
图5-1 逆变电路及其波形举例
5-3
（电感负载）原理：
t0-1时,S1、S4闭合，S2、S3断开时，uo为正，i0为负,能量回馈。 t1-2时, uoi0均为正，负载吸收P。 t2-3时, S1、S4断开，S2、S3闭合时， i0仍为正，但uo为负，能量回馈。 t3-4时, S1、S4断开，S2、S3闭合时，uoi0均为负，负载吸收P。
t
（感性负载）工作： t1-t2时:V1通，V2关，uo= + Ud/2。 t2时刻：V1断，L放能，使VD2通
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uo io
uo
工作过程： 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。
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b)
图5-2 负载换流 电路及其工作波形
5-8
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。 4)强迫换流 （Forced Commutation） 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
5-13
5.3.1 单相电压型逆变电路
1.单相半桥电压型逆变电路
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。
u o Um O -Um io
a)
t
图5－6 单相半桥电压型逆变 电路及其工作波形
5-14
t 3 t4 O t t t5 t6 1 2 V1 V2 V1 V2 ON VD1 VD2 VD1 VD2 b)
5-1
5.1.2 逆变技术应用领域
1.交流电动机变频调速 其变频调速器的核心即无源逆变电路，变频器通 过控制交流电机的电压、电流、频率来调节电机转速。 变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响 应好等优点；变频家电节约电费、提高家电性能、保 护环境等。 2.不间断电源 核心技术：将蓄电池的直流电逆变为交流电。 3.感应加热 由逆变器产生中高频交流电供给熔炼炉负载线圈， 5-2 产生交变磁通，利用涡流效应和磁滞效应使金属发热
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。
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3) 负载换流（Load Commutation）
• 概念：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场合，都可实现负载换 流。 a) • 如图并联谐振逆变器：负载换流电路，4个桥臂均由晶闸管组 O ?t io 成。 iVT iVT 1 4 i • 整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。 O iVT iVT ?t i 2 3 • 直流侧串大电感使id 基本没有脉动。 O t1 uVT • 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 。? t uVT
直流电 交流电
5-4
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 io 和uo的波形相同，相位也 相同。 阻感负载时，io相位滞后 于uo，波形也不同。
图5-1 逆变电路及其波形举例
5-5
5.2.2 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， 开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 也称为 换相。
图5-4电感耦合式强迫换流原理图
5-11
• 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。
• 熄灭: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。
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5.3 电压型逆变电路
由换流电路内电容 直接提供换流电压 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 直接耦合式 强迫换流 电感耦合式 强迫换流
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• 1）直接耦合式强迫换流
当晶闸管VT处于通态S断，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。图5图5-3直接耦合式 3 强迫换流原理图
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。
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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。
5-10
2）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，图5-4。 （1）、若VT通时，S断开，C的充电极性为-+，则S合上后
LC震荡电流反向流过VT，抵消其负载i（=0）后再流过VD，
在第一个半周期VT关断。 （2）、若VT通时，S断开， C的充电极性为-+，则S合上 后震荡i先正向流过VT跟负载i 叠加，经半个震荡周期后， 反向流过VT，直到合成i减为0 再流过VD。VT在第二个半周 期关断。
第5章 无源逆变电路
5.1 逆变技术概述 5.1.1逆变技术基本概念和分类
逆变——与整流相对应，把直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。
交流侧接负载，为无源逆变。
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。 逆变技术分类：
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-VSຫໍສະໝຸດ BaiduI
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
电路框图：5-5
5.2 无源逆变电路的工作原理
5.2.1 逆变电路的基本工作原理 单相桥式逆变电路为例： 结构： 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。
图5-1 逆变电路及其波形举例
5-3
（电感负载）原理：
t0-1时,S1、S4闭合，S2、S3断开时，uo为正，i0为负,能量回馈。 t1-2时, uoi0均为正，负载吸收P。 t2-3时, S1、S4断开，S2、S3闭合时， i0仍为正，但uo为负，能量回馈。 t3-4时, S1、S4断开，S2、S3闭合时，uoi0均为负，负载吸收P。
t
（感性负载）工作： t1-t2时:V1通，V2关，uo= + Ud/2。 t2时刻：V1断，L放能，使VD2通