ACDC变换器整流和有源逆变电路
交流-直流(ACDC)变换器
VD导通阶段结束。这时电容上的电压值为
U
C0
2U
2
sin( )
2U
2
sin
RC放电曲线，如图2-34c）所示。其电压表达式为
1
uC uR U
C0
e
RC
(t
)
在电源电压的第二个周期中，当 u
2
再次上升到等于 u C
时， ，这时有
VD将再次导通，设 u 2 u C
2. 数学表达式
不计换流时
U
do
( )
m
U
m
sin
m
m
Um
2U 2U
2 2
Ud0m
0.9U2 1.17U2 2.34U2
cos U
dom
cos
单相桥式 三相半波 三相桥式
2 3 6
计及Lc换流及内阻影响时
U d ( ) U ( ) ( m sin
6 U2
m
（二）有源逆变条件
直流侧必须有直流电源EB（如：大电感或电势负载），电势极性必须和变换器 允许电流流动方向一致。
变换器为可输出负压的全控整流桥。(半控桥或带有续流二极管的全控整流桥无 法得到负电压就不可能有源逆变。）
调节α>90°，且使1-Ud1略小于EB（EB小于变换器能够产生的直流最大负压值 （三相桥式为2.34U ）
电路图
（交流侧电感Lc的影响）
VT5与VT1换流时的等效电路
换流对整流电路的影响
交流电感上的电压； 对输出电压的影响； 对元件电流变化率的影响； 元件电压的特点。
5. 有源逆变电路
DC-AC逆变电路及原理总结
uo
S 1
io
负载
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
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
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。
直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均 衡。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC 对于电阻：i＝2P/Ud＝Ud/2R 对于电阻电感：i＝2P/Udcosφ＝Ud/2Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
电流：I=(1.5~2)(2)1/2i
参数计算与器件选择 例：逆变器输入电压为550V，输出功率为 20KW，逆变器开关频率为20KHz，RLC谐振 负载，
其等效电阻为：R=Ud2/P=15.125Ω 负载上的电流有效值为：i＝Ud/R= 36.36A 开关管上的电压：U=(2~3)Ud=1100~1650V 电流：I=(1.5~2)(2)1/2i=77~102A
(4)控制方式有PWM，双极性和移相控制方式。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC
对于电阻：i＝P/Ud＝Ud/R 对于电阻电感：i＝P/Udcosφ＝Ud/Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
第5章 AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)
0
id O iVD1 O iVD2 O
d)
t
负载电压ud 负载电流id 整流二极管电流iVD1 续流二极管电流iVD2 整流二极管端电压 uVD1 续流二极管端电压 uVD2
2
t
0 方波电流 u2 0
t
g)
•图5-1带续流二极管的单相半波整
流电路带阻感负载电路及带大电感 负载电流波形波形
•图5-2 单相全波整流电路及工作波形 •a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正半周整流 电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图
5.1.1 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
ωt
VD1
0～ π
π～2π
u2
R
AC
VD1 VD1VD VD1导通、 二极管导通 2 情况 截止 +
•图5-3(a) 单相桥式整流电路
2U 2 sin td(t ) 0.9U 2
5.1.1 单相不控整流电路
• 在单相输入的AC-DC整流电路中，单相桥式整流电 路应用极为广泛。 • 半波整流电路交流电源电流是单方向的，电源变 压器存在直流磁化现象，是半波整流电路的应用 不广泛的主要原因之一。 • 而桥式和全波电路电源电流双向流动，使交流电 源得到充分利用，也不存在电源变压器直流磁化 现象。
VD1 单相 交流 VD2
VD3 id VD4 R
•注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。
5.1.3 整流滤波电路
L VD1 单相 交流 VD2 VD4 a) VD3 ud R
• 3．复式滤波电路*
C
ud
O
DC-AC逆变电路
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IGBT管组成 工作方式为负载换相 负载换相。 负载换相 电容C和L 、R构成并 联谐振电路。 输出电流波形接近矩 形波，含基波和各奇 次谐波，且谐波幅值 远小于基波。
图5－12 单相桥式电流型 （并联谐振式）逆变电路
单相电流型逆变电路
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 电阻负载 和uo的波形相同，相位也 相同。 阻感负载时，io相位滞后 阻感负载 于uo，波形也不同。
a) uo io t1 t2 b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
t
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， 换流 也称为换相。 换相。 换相
RC缓冲电路：
其特点是适用于斩波电路，但在使用大容量IGBT时， 必须使缓冲电阻的阻值增大，否则，开通时集电极电流 过大，使IGBT的功能受到一定限制。
5-29
缓冲电路的类型
RCD缓冲电路：
与RC缓冲电路相比，其特点是增加了缓冲二极管，从 而使缓冲电阻增大，避开了开通时IGBT功能受阻的问 题。该缓冲电路中缓冲电阻产生的损耗为：
开通：适当的控制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。 研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
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 电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
图5-8 带中心抽头变压器的逆变电路
Ud 和负载参数相同，变压器匝比为1：1：1时，uo 和io 波 形及幅值与全桥逆变电路完全相同。 与全桥电路的比较：
DCAC逆变电路及讲义原理总结
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
5-9
单相电压型逆变电路
优点：电路简单，使用器件少。
• 缺点：输出电压幅值为Ud/2，负载上的功率 为全桥的1/4，开关管承受的电压为Ud，且
直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均 衡。
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-CSTI
5-8
单相电压型逆变电路
1）单相半桥逆变电路
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
(4)控制方式有PWM，双极性和移相控制方式。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC
对于电阻：i＝P/Ud＝Ud/R 对于电阻电感：i＝P/Udcosφ＝Ud/Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
5-10
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC 对于电阻：i＝2P/Ud＝Ud/2R 对于电阻电感：i＝2P/Udcosφ＝Ud/2Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
第2讲 AC-DC变换及其应用
电动机在四象限中的机械特性
b 增大方向
'4 '3 '2
增大方向
1 n (U d 0 cos b I d R ) Ce
b '1 b '2 b '3 b '4
1 2 3
直流可逆电力拖动系统
五、整流电路的谐波和功率因数
电力电子技术应用日益广泛，由此带来的谐波 (harmonics)和无功(reactive power)问题日益严重
i a2
b) 0 ' i ab2
2 I 3 d
Id
将整流变压器的二次绕组移相15，可构成
c) 0 iA
wt
2 3 I 3 d
wt
(1+
2 3 3 ) Id
串联4重联结电路--24脉波整流电路
d) 0
3 I 3 d
(1+
3 3
)I d
wt
三角形
移相30串联2重联结电路
移相30串联2重联结电路电 流波形
可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数 计算等各项问题。
把 > p /2时的控制角用p = b表示，b 称为逆变角。 逆变角b和控制角的计量方向相反，其大小自b =0的 起始点向左方计量。
3、逆变失败与最小逆变角的限制
逆变时，一旦换相失败，使得Ud >0,形成极大短路 电流—逆变失败（逆变颠覆） 1）逆变失败的原因 触发电路工作不可靠，如脉冲丢失、脉冲延时等。 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。
逆变失败与最小逆变角的限制 2) 确定最小逆变角bmin的依据 逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于bmin=d +g+q′
AC-DC转换器的工作原理
AC/DC转换器的工作原理AC-AlternaTIngcurrent是交流的意思，DC-Directcurrent是直流的意思，AC/DC 变换是将交流变换为直流，AC/DC转换器就是将交流电变为直流电的设备，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。
一：AC/DC转换器的工作原理-工作原理交流电转换为直流电称为整流，而直流电转换为交流电称为逆变。
逆变要比整流复杂得多。
常用的有两种方法，一种是先通过SPWM方式，调制出正弦波波形（如果方波也可以的话，这步可以省略），然后通过一个H桥切换输出电压极性，这要求H 桥的切换与SPWM电路同步，技术上较复杂但这种方式的效率好像很高，所以不少逆变器都是这种方式。
将直流电源转变为交流电使用的设备就是叫“逆变器”原理基本是将直流电送到用于逆变输出的三极管，利用接在该管子回路上的变压器等元器件对管子形成正反馈而使管子产生“震荡”电流（起振）而变为交流输出，如果需要比较“严格”的电流输出波形，则还要接入有关电子元器件，组成对输出波形进行整形的电路。
一般通过二极管整流电路或电子开关电路，都可将交流电转换为直流电。
AC/DC转换器的工作过程图整流电路，是将工频交流电转换为脉动直流电；滤波电路，将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分；稳压电路，采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。
1整流--即把交流调整成直流，换句话就是使交流的正玄波调整到的X轴上方。
但是现在还只是脉冲的。
主要元件是二极管。
整流方式：全波整流（桥式整流，有专门的元件或用4个二极管）、半波整流（x以下的波损失掉，电流不是连续的。
用一个二极管做）。
2滤波--把波形调整成平稳的直流（可用电容）另：根据需要的电压，可以在整流之前做变压。
一般来讲整流电路有如下几种方法：半波整流电路：半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压Vo只有半个周期可以到达负载，如下：单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管具有单向导电性。
第6讲 DC-AC
第五讲 逆变电路
22
三相桥整流电路的有源逆变状态
三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角 时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形
u2 ua ub uc ua ub uc ua ub uc ua ub
O
wt =
3
=
4 u cb u ab u ac u bc u ba u ca
=
6 u cb u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u bc
u
d
a
u 10
u 20
u 10
U d> E M
ud
u
10
u 20
u 10
O
wt
O
wt
U d< E M
id
i =i
d
VT
+i
1
VT
2
i VT O
1
i VT
2
i VT
I
id
d
a
iVT
2
i =i
d
VT
+i
1 1
VT
2
1
i VT
i VT
I
d
wt
2
O
b)
wt
a)
单相全波电路的整流和逆变 a)整流 b）逆变
第五讲 逆变电路
整流电压 整流电流 变压器容量 短路电压比Uk% 220V 800A 240kV。A 5%
g
15~20
参照整流时g 的计算方法
cosa cos(a g ) Id X B 2U 2 sin
Id X B 2U 2 sin
m
DC_AC变换技术
输出电压波形是怎样的？
❖ 3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波 ❖ 在实际问题中,除了正弦函数外,还会遇到许
多非正弦的周期函数,为了研究非正弦的周 期函数,将周期函数展开成由三角函数组成 的将级周期数函. 数展开,它的物理意义是很明确的,即把一
个比较复杂的周期运动看成是许多不同频率的简谐 振动叠加.
f(t)A0 Ansint(n) n1
方波的各次谐波
f(t)A0 Ansint(n) n1
逆变器输出
A1si nt(1)
基波
3次 谐 波
A3sin 3(t3)
5次 谐 波
A5sin 5(t5)
基波为1
3次 谐 波 为 0.33 5次 谐 波 为 0.2 7次 谐 波 为 0.14 9次 谐 波 为 0.11 11次 谐 波 为 0.09
C
Q1 V
in
D1
Q2
A
Z
D2
QQ 14
VAB
Vin B
Q2 Q3
Q1Q4 t
Q4
D 3
Q1 D2
V AB
Q3
D 4
Q2 D1
t
Q
3
D3
Q
4
D4
iR
i L
Ton Ts /2
t Ts
Ton Ts /2
T
(a)
(b)
(c)
B 控制方式有双极性控制、有限双极性控制和移相控制三种. B图为双极性控制
数量关系
Qv2ADB1T20Q10tT20
Vin2 4
2 dt
Vin 2
其瞬时值表达式为：
t i L
t Ts
t
vABn1,3,5...2nVinsinnt
AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)2
VT4
VT2
数量关系
I VT 1 2 U2 2R
1
ud id b) uVT c) 0
1,4
ud(id)
(
2U 2 sin t ) 2 d (t ) R
t
1 sin 2 2
0 i2 0
t
I I2 U2 R
(
2U 2 sin t ) 2 d (t ) R
1,4
ud(id)
)
t
)
0 i2 0
t
Id
)
t
Ud 2 2U 2 1 cos R R 2 U 1 cos 0.9 2 R 2
1 U 1 cos I d 0.45 2 2 R 2
I dVT
VT1
VT3
T a) u1
i2 u2
id
a
5.3.1 移相控制技术
电力电子技术
Power Electronic Technology
杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院
第5章 AC－DC变换器
基本内容
1 2 3
概述 不控整流电路 相控整流电路 相控有源逆变电路
4
5 6
PWM整流电路 同步整流电路
5.3 相控整流电路
u2
VD 1 单 相 交 流 a)
O ud
一个工作原理——移相控制技术。
5.3.1 移相控制技术
1. 单相半波相控整流电路
T VT u2 uVT id ud R
为便于分析，可将SCR作 为理想开关元件，即导通 时管压降为零，关断漏电 流为零，且导通与关断为 瞬时完成的
电力电子技术三相桥式全控整流及有源逆变电路实验报告
一、实验背景整流是指将交流电变换为直流电的变换，而将交流电变换为直流电的电路称为整流电路。
整流电路是四种变换电路中最基本的变换电路，应用非常广泛。
对于整流电路，当其带不同负载情况下，电路的工作情况不同。
此外，可控整流电路不仅可以工作在整流状态，即将交流电能变换为直流电能，还可以工作在逆变状态，即将直流电能变换为交流电能，称为有源逆变。
在工业中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路（Three Phase Full Bridge Converter），它是由两个三相半波可控整流电路发展而来。
该次试验即是针对三相桥式全控整流电路而展开的一些较为简单的学习与研究。
二、实验原理三相桥式全控整流及有源逆变该次实验连接电路图如下图所示整流有源逆变控制信号初始化约定：，，整流，，逆变，，临界注意事项：在接主电路过程中，晶闸管接入双刀双闸开关时一定要注意正负极必须正确匹配。
电容器用于吸收感性电流引起的干扰，使得示波器显示的波形更加标准、清晰。
双刀双掷开关在切换时主回路必须断电，否则很可能因切换时拉出电弧而损坏设备。
（一）整流电路1、整流的概念把交流电变换为直流电的变换称为整流（Rectifier），又叫AC-DC变换（AC-DC Converter）。
整流电路是一种把交流电源电压转换成所需的直流电压的电路。
AC-DC变换的功率流向是双向的，功率流向由交流电源流向负载的变换称之为“整流”，功率流向由负载流向交流电源的变换称之为“有源逆变”。
采用晶闸管作为整流电路的主控器件，通过对晶闸管触发相位的控制从而达到控制输出直流电压的目的，这样的电路称之为相控整流电路。
2、整流电路的分类（1）按电路结构分类①半波整流电路：半波整流电路中每根电源进线流过单方向电流，又称为零式整流电路或单拍整流电路。
②全波整流电路：全波整流电路中每根电源进线流过双方向电流，又称为桥式整流电路或双拍整流电路。
（2）按电源相数分类①单相整流电路：又分为单脉波整流电路和双脉波整流电路。
AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)
1π
20
2U2sintd(t)0.4U 52
电源变压器副边电压有效值为U2
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间
u2
ud
L eL
各区间工作情况
R b)
感性负载ω时t ，直流 0～π 电压将出现负值，
π～ωt1 ωt1～2π
u2 O
t1
2
降低了直二流极平管均导电 t 压 通情况
AC
+ -
R
AC + -
ud
VD2
VD1
-
AC +
R
-
AC +
ud
VD2
b)
c)
d)
图5-2 单相全波整流负载电压波形 a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正
半周整流电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图
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
ωt 二极管导通情况
负载电压ud 负载电流id 整流二极管电流iVD1 续流二极管电流iVD2 整流二极管端电压 uVD1 续流二极管端电压 uVD2
0～π VD1导通、 VD2截止 u2 水平直线 矩形波
0 0
π～2π VD1截止、 VD2导通 0
0 矩形波 u2
-|u2|
0
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
DC-AC逆变电路
引言 • • • • • 换流方式 电压型逆变电路 电流型逆变电路 缓冲电路 无损缓冲电路
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。
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。
Ud 和负载参数相同，变压器匝比为1：1：1时，uo 和io 波 形及幅值与全桥逆变电路完全相同。 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2Ud，比全桥电路高 一倍。 必须有一个变压器 。
电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆 变电路称为电流型逆变 电路。 电流型逆变电路主要特点
5-16
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 （0＜ ＜180 °）。V3、 V4的栅极信号分别比V2、 V1的前移0°－。输 出电压是正负各为的脉 冲。 改变就可调节输出电压。
图5-7 单相全桥逆变 电路的移相调压方式
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O a)
t
t
t t
io t 1 t2 t3 uo t
b)
单相电压型逆变电路
3） 带中心抽头变压器的逆变电路
交替驱动两个IGBT，经变压 器耦合给负载加上矩形波交 流电压。 两个二极管的作用也是提供 无功能量的反馈通道。
图5-8 带中心抽头变压器的逆变电路
O
t
图5－13并联谐振式逆变 电路工作波形
单相电流型逆变电路
最全整流电路AC-DC变换器电力电子技术
VD 2
VD 2
a)
b)
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
电
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
表5-5 单相桥式整流电路各区间工作情况
ωt
VD1
u2
0～π
π～2π VD2和VD3导通、 VD3 VD1和VD4截止 |u2|
VD 1 单 相 交 流 a)
O ud O uVD1 O e) 2 2 2
ωt
ud R
0～π VD1导通 u2
π～2π VD1截止 0 0 u2
2π～3π VD1导通 u2 u2/R 0
u1
u2
二极管导 通情况
t
u2
负载电压 ud 二极管端 电压uVD1 负载电压 平均值Ud
t
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
2
t
2 2
t
t
半波整流负载电压仅为交流电源的 正半周电压，造成交流电源利用率 偏低，输出脉动大，因此使用范围 较窄。 若能经过变换将交流电源的负半周 电压也得到利用，即获得图5-2a中 的负载电压波形，则负载电压平均 值Ud可提高1倍，电源利用率大大 提高。
Ud
2U 2 sin td(t ) 0.9U 2
电
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
在单相输入的AC-DC整流电路中，单相桥式整流 电路应用极为广泛。 半波整流电路交流电源电流是单方向的，电源变 压器存在直流磁化现象，是半波整流电路的应用 不广泛的主要原因之一。 而桥式和全波电路电源电流双向流动，使交流电 源得到充分利用，也不存在电源变压器直流磁化 现象。
电力电子AC／DC变换.
5.1M5* AC/DC3t 换电路整流电路的性能指标 单相相控整流电.路撻浇电珞轨述整流T 将交流电fACJ 转换为直流电 fDCJ 的变换。
整流电路T 实现整流的电路。
整流黑f 农整流裳覺）T 亀力半导体开关 电路及其辅助元器件构成的卖现整流的纟统。
53 5.4 5.5 5.65.7 5・8三相相控整流电路变压器漏感对相控整流电路的彩响 整流电.路的咬分析相控整流电路的有源逆变工作状态 相控整流电路的骷闸管触•发亀路 P\X/M 整流亀路 5.2主要内家：单相/三相相竝整渝电珞相盘整浇电珞P WM整流电珞整流电珞机述按娃制方式不同，AC/DC变换分为相控整流和P\X/M整流两种形式J O相控整流电路结构简单、控制方便.性能稳定, 利用它可以方便地得到丸.中.小各种彖量的直流亀能，是目前获得直流电能的主要方法，得刊了广泛的应用。
PWM挞流牧术是一种新型AC/DC变换技术，它采用全控型功率麥件和现代控制技术，使输入电流汝形接近正弦血功率因数接近7, 性能优良，具有广泛的应用询景。
整流器的主要性能指标有:1、输出直流电压2.输出亀流3、输出亀压纹欧糸数4、稳压精度5、输入电流总畸雯率6、输入坊率因数5.1撻沆电珞性能指标输出电压的有败值：U输出电压的直流平均值：U D 输出电压的交流纹汝有效值：U Hu…=Ju「_ul电庄纹改糸救：人普U D输入电流总畸变率：是除基次亀流以外的所有€申54：电流有枚值与基疫电流有败值之比式中:电流有数值基疫电流有效值n次错*5<电流有效值5.1整浇亀珞的性能描标输入功率因数：交流电源输入有PF = —功功率平均值P与视农功率S之比SS = UJ,P = U，人cos®W—PF = jyg竺4°s®S 匕人人Pk_ cos©J1+777Q2只要粗流存蛊谱疵，有PF<1人几I I厶上+刃:卜E皿皿V "2V rt-2单相半浹可控整流就路 变压發作用：T 隔£亀阿与负栽 T 匹酉己电庄 "＞提高功率因救5.2 单相相控整流电路5.2.1单相半汝可娃整流^^^路/ .电Ha 性负我VT*电珞结构 土工作凍理-＞控制方式 T 主要汝形 ■^数量关糸 单相半玫可控整流电路分析要点：T 晶闸管开/关条件 T 相住控制方法 T 分段线性分析5.2.1单相半汝可挫整流电珞1、削阻性负戟工作原理k 112的正半周，VT 承 受正电压，给VT^・ 发脉冲，VT 导通， U2如到负载上.?U2的负半周列来肘・ 负我亀阻承受负电 压，赶流应反向，但 .VT 只能通过正向电 流.枚U2变负M,VT *裁J 止1 • <^阻性负我VT”改吏晶闸•管絶发脉 冲到来的肘刻，Ud 的欢形也跟着变化 片输出配压妁旻极性 不变但幅值变化的 脉动直流电压X 亿屛C 形只征血源电 压正半周出现，因 此称为单相丰汝可 控整流电路。
DC-AC逆变电路及原理总结
缓冲电路
缓冲原理
器件损坏，不外乎是器件在开关过程中遭受了过量di/dt 、dv/dt或瞬时功耗的危害而造成的。缓冲电路的作用， 就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态过电压，降低 器件开关损耗，保护器件安全运行。
5-25
I GB T 逆变器的开关损耗波形
图中 tdon —开通延迟时间 tr ——开通上升时间 trr——二极管的反向恢复时 间 t doff——关断延迟时间 t tail——尾部电流itail下降时 间 tf——关断下降时间 (d i/ d t)on——开通电流上升 率 IRRM——二极管反向恢复电 流
(4)控制方式有PWM，双极性和移相控制方式。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC
对于电阻：i＝P/Ud＝Ud/R 对于电阻电感：i＝P/Udcosφ＝Ud/Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
补充 DC-AC逆变电路
引言
换流方式 电压型逆变电路 电流型逆变电路 缓冲电路 无损缓冲电路
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。 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
uo
S 1
io
负载
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
逆变电路的基本工作原理
第五章 DC-AC变换电路(1)
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
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)
要求：1、了解电流型逆变器的特点 2、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。
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。
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5.2.3 逆变失败与最小逆变角
a b c iVT
1 2 3
LB VT1 LB VT
2
L id ud M EM +
iVT
LB VT 3
iVT
o
u2
ua
ub
uc
0
ωt
5.2.3 逆变失败与最小逆变角
a b c iVT
1 2 3
LB VT1 LB VT
2
L id ud M EM +
逆变角再次减小
iVT
2
L
1
id
R + M EM -
如果仅仅整流器电压反向是否 可行?
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件
逆变产生的条件
归纳逆变条件：
1 0
怎样才能得到-Ud
VT1 L u10 u20 VT2 iVT
1
1 0
VT1 iVT VT2
L
1
晶闸管阳极 + 电能 M E 2 1）要有直流电动势，其极性与晶闸管 i 大部分位于 u u u u 导通方向一致，其值应大于变流电路 电源负半周， U >E 直流侧的平均电压； 如何导通？
1
为了实现逆变时的能量回馈， 只能电压Ud反向
id O
2
iVT
1
iVT
2
iVT
Id
1
t
a)
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件
逆变产生的条件 为了实现逆变时的能量回馈， 只能电压Ud反向 为了防止电流过大，通常要求 电动机电动势的方向也反向 |EM|略大于|Ud|
1 u10 u20 VT2 2 iVT VT1 iVT ud +
L
120o
u2 ua
60o
ub uc
id
M EM
0 t1
t
靠电动势EM维持其导通
5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态
U d U d 0 cos
U d U d 0 cos
T a b c VT3 ud VT1 VT2
L
150
u2 ua
o
30o
d)
VT1 VT2
T
i2 u2
a ud b
VD3 VD4 VDR
T
有续流二极管的单相半波整流电路和 单相桥式半控电路，能否工作在有源 逆变状态？
VD3
负 载
u2
VT1 VT2
VD4
VD4Leabharlann id L R5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态
三相半波整流电路： U d U d 0 cos 1）Ud为负值
2
id=iV
1
i
t
O
a)
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件 逆变产生的条件
晶闸管的单相 导电性，使得 电流不能反向
ud 1 0 u10 u20 VT2 2 iVT u20 VT1 iVT L
1
ud 电能
id
R + M EM Ud>EM
2
u10
u10
如何实现能量回馈？
O
t
id=iVT +iVT
第5章 AC－DC变换器
基本内容
1 2 3
概述 不控整流电路 相控整流电路 相控有源逆变电路
4
5 6
PWM整流电路 同步整流电路
5.4 相控有源逆变电路
逆变（invertion）——把直流电转变成交流电， 整流的逆过程 实例：电力机车下坡行驶，机车的位能转变 为电能，反送到交流电网中去
逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件 逆变产生的条件
1 0 u10 u20 VT2 2 ud iVT u20 VT1 iVT L
1
1 id R + M EM ud Ud>EM u10 0
ud 电能
2
2
u10
u10
O id=iVT +iVT
1
t
O id
id O
2
iVT
1
iVT
2
iVT
Id
iVT
Id
2
O b) 图2-45
t
a)
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件
VD 1 i VD1 id
VT1 VT2
逆变产生的条件
归纳逆变条件：
iVD2 u2 VD2 ud
L eL R
T
i2 u2
id
a ud b R
VD3
1）要有直流电动势，其极性与晶闸管 导通方向一致，其值应大于变流电路 直流侧的平均电压； 2）晶闸管的控制角α >π/2，Ud为负
M VT
ud
id
R
ud 电能
id
R M EM +
2 ud u10 u20
iVT
2
2
d
10
20
10
u10
d
M
O
t
d VT VT
O id
2）晶闸管的控制角 αi= > iπ +i/2，Ud为负 i
d
t Ud<EM
iVT
2
1
2
id=iVT +iVT
1
iVT O
1
iVT
2
iVT
Id
2
1
iVT
t
1
iVT
ub uc
id
M EM
0 t1
t
5.2.3 逆变失败与最小逆变角
逆变时若换相失败，使电路由逆变状态进入整流状态， 输出电压变成正值，使变流器的输出平均电压和直流电 动势变成顺向串联，外接直流电源就会通过晶闸管电路 短路，——逆变失败（逆变颠覆） 1. 逆变失败的原因 （ 1 ）触发电路不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲， 如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相 （2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通 （3）交流电源缺相或突然消失. （4）换相的裕量角不足，引起换相失败
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件
直流发电机—电动机系统电能的流转
Id Id EG G EG R EM ∑ a) 电动 M G EG R EM ∑ b) 回馈制动 M G R∑ EM c) 反接制动 M Id
两个电动势（电源）同极性相连，电流总是从电动势高的流向电 动势低的。电流大小决定于两电动势之差和回路电阻。如果回路 电阻很小，即使两电动势差不大，也可以产生足够大的电流，使 两电动势间交换功率。
LB VT 3
iVT
o
u2
ua
ub
uc
0
ωt
5.2.3 逆变失败与最小逆变角
a b c iVT
5.4 相控有源逆变电路
根据逆变输出交流电能去向的不同 , 逆变电路可 以分为： 有源逆变电路——交流侧和电网连接 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 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于 逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转 变。 既可工作在整流状态又可以工作在逆变状态的 电路，称为变流电路（Converter)
T
2
a b c
VT1 VT2 ud
L
2）需要一个反向电动势
id VT3
M EM
逆变角β ：
u2
ua
ub
uc
U d U d 0 cos
0 t1
t
5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态
U d U d 0 cos
U d U d 0 cos
T a b c VT3 ud VT1 VT2