E第5章逆变电路
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Chapter 5 DC to AC Converters( Inverters )
Outline
5.1 Commutation mode(换流方式) 5.2 Voltage source inverters(电压型逆变电路) 5.3 Current source inverters(电流型逆变电路)
Basic operation principle —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(如图)。
5-46
5.1 Commutation types
The concept of commutation: 电流从一个支路向另一个支路转移的过程。
A classification of inverters
– Square-wave inverters (are discussed in this chapter) – PWM inverters ( will be discussed in Chapter 6)
3-46
5.1 Commutation types
Basic operation principle of inverters
S1~S4是桥式电路的4个臂，它由电力电 子器件及辅助电路组成，负载为阻感负载。
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
DC
AC
4-46
5.1 Commutation types
5.4 Multiple-inverter connections and multi-level
inverters(多重逆变电路和多电平逆变电路)
1-46
Chapter 5 DC to AC Converters( Inverters )
Definition: DC→AC——与整流相对应。
Ac side-electric network, is called as active 本章讲述无源逆变 inversion; Ac side-loads, is called as passive inversion.
源自文库2-46
Applications of Inverters
Conversion of electric power from DC type energy sources to AC type load
– Battery – Photovoltaic cell (Solar cell) – Fuel cell
Turning-on：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 Turning-off： 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。
6-46
4 types of commutation
Device commutation: Fully-controlled devices: GTO, IGBT, MOSFET(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) Line commutation
由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。
Inversion and frequency conversion
Frequency changing circuit：AC-AC and AC-DCAC. AC-DC-AC frequency converter is composed of AC-DC (Rectifier) and DC-AC (Inverter) .
7-46
Load commutation
Condition: Load current is leading load voltage Application: capacitive load, synchronous motor
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(基波频率接近谐振 频率)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。
For example: Phase-controlled rectifier, Phase-controlled AC controller
Load commutation
由负载提供换流电压的换流方式。 凡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。
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向电流的换流方 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
uo io O i O i O uVT O iVT iVT
1
uo a)
io
?t
4
iVT
2
iVT
3
?t ?t
t1
uVT
uVT
b)
1
4
8-46
?t
Forced commutation (capacitance commutation)
由换流电路内电容 直接提供换流电压
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。
As a key part of power electronics devices
– AC-DC-AC frequency converter (for AC motor drive) – AC-DC-AC constant-voltage constant-frequency converter (for uninterruptable power supplies) – AC-DC-AC Converters for induction heating – AC-DC-AC-DC switching power supplies
Outline
5.1 Commutation mode(换流方式) 5.2 Voltage source inverters(电压型逆变电路) 5.3 Current source inverters(电流型逆变电路)
Basic operation principle —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(如图)。
5-46
5.1 Commutation types
The concept of commutation: 电流从一个支路向另一个支路转移的过程。
A classification of inverters
– Square-wave inverters (are discussed in this chapter) – PWM inverters ( will be discussed in Chapter 6)
3-46
5.1 Commutation types
Basic operation principle of inverters
S1~S4是桥式电路的4个臂，它由电力电 子器件及辅助电路组成，负载为阻感负载。
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
DC
AC
4-46
5.1 Commutation types
5.4 Multiple-inverter connections and multi-level
inverters(多重逆变电路和多电平逆变电路)
1-46
Chapter 5 DC to AC Converters( Inverters )
Definition: DC→AC——与整流相对应。
Ac side-electric network, is called as active 本章讲述无源逆变 inversion; Ac side-loads, is called as passive inversion.
源自文库2-46
Applications of Inverters
Conversion of electric power from DC type energy sources to AC type load
– Battery – Photovoltaic cell (Solar cell) – Fuel cell
Turning-on：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 Turning-off： 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。
6-46
4 types of commutation
Device commutation: Fully-controlled devices: GTO, IGBT, MOSFET(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) Line commutation
由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。
Inversion and frequency conversion
Frequency changing circuit：AC-AC and AC-DCAC. AC-DC-AC frequency converter is composed of AC-DC (Rectifier) and DC-AC (Inverter) .
7-46
Load commutation
Condition: Load current is leading load voltage Application: capacitive load, synchronous motor
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(基波频率接近谐振 频率)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。
For example: Phase-controlled rectifier, Phase-controlled AC controller
Load commutation
由负载提供换流电压的换流方式。 凡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。
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向电流的换流方 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
uo io O i O i O uVT O iVT iVT
1
uo a)
io
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4
iVT
2
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t1
uVT
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b)
1
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8-46
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Forced commutation (capacitance commutation)
由换流电路内电容 直接提供换流电压
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。
As a key part of power electronics devices
– AC-DC-AC frequency converter (for AC motor drive) – AC-DC-AC constant-voltage constant-frequency converter (for uninterruptable power supplies) – AC-DC-AC Converters for induction heating – AC-DC-AC-DC switching power supplies