【电力电子技术】第4章 逆变电路
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电力电子技术基础课件：逆变电路
V2
VD1 VD2 VD1 VD2
逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路
t3-t4:t3时刻电流过零边负，V2导通，负载电 流反向增加，输出电压uo =-Ud/2；
t4-t5:t4时刻V2关断，给V1驱动信号，由于 阻感负载电流不能突变，此时电流通过VD1续流， 电流逐渐减小，输出电压uo =Ud/2；
通而变为零，则称为熄灭。
电力电子技术
第四章 逆变电路
4.2 单相逆变电路工作原理
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 单相电流型逆变电路
逆变电路
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、由于直流电压源的钳位作用，输出电
压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不 Ud
单相电流型逆变电路
iT
i VT1,4
i VT2,3
Id 0
tγ
uo/io
t
0
t1
Id t2 t3 t4
t5
tφ
t6 t7
t
tδ tβ
电流型逆变电路波形图
逆变电路
单相电流型逆变电路
t2-t4阶段：t2时刻四个晶闸管全部导通，负 载电容电压经两个回路LT1、VT1 、VT3 、LT3 和 LT2、VT2 、VT4 、LT4 放电；t4时刻VT1、VT4的 电流减小到零关断，直流侧电流Id全部转移到 VT2和VT3支路，换流结束。 。
VD3 VD4
u G1
0
t
u G2
0
t
u G3
q
0
t
u G4
0
t
uo io
电力电子技术-第4章逆变电路讲解
（4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用。
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
能否不改变直 流电压，直接进行 调制呢？为此提出 了导电方式二：
移相导电方式。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
能否不改变直 流电压，直接进行 调制呢？为此提出 了导电方式二：
移相导电方式。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。
电力电子技术4章 无源逆变电路
2020/6/17
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.3 电压型三相桥式逆变电路
1、工作过程：
电压型三相桥式逆变电路的基 本工作方式为180°导电型，即每个 桥臂的导电角为180°，同一相上下 桥臂交替导电的纵向换流方式，各 相开始导电的时间依次相差120°。
在一个周期内，6个开关管触 发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相隔60°，任一时 刻均有三个管子同时导通，导通的 组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5 ，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组 合工作60°。
2、工作原理：
输出Ud负为载输。入直流电压，R为逆变器的
，当逆开变关器输T1、出T电4闭压u合0=，UTd；2、T3断开时
，当输开出关电压T1、u0T=4－断U开d
，T2、T3闭 ;
合
时
T4.2当2、.4以T(3b频时)所率，示f则S的交在交替电变切阻电换R压开上波关获形T1得，、如其T4
和 图 周
由
Ud
d L
io
dt
L2Iom Ts
2
可得负载电流峰值为：
Iom 4TLs Ud
(4.3.7)
2020/6/17
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
3）阻感负载RL时
0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号 ，由于电流i0为负值，T1和T4不导通， D1、D4 导 通 起 负 载 电 流 续 流 作 用 ，
其线电压的瞬时值为：
u B C 2 3 U d si t n 1 5 s5 it n 7 1 s7 it n 1 1 s1 1 it n 1 1 1 s3 1 it n 3 (4.3.10)
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.3 电压型三相桥式逆变电路
1、工作过程：
电压型三相桥式逆变电路的基 本工作方式为180°导电型，即每个 桥臂的导电角为180°，同一相上下 桥臂交替导电的纵向换流方式，各 相开始导电的时间依次相差120°。
在一个周期内，6个开关管触 发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相隔60°，任一时 刻均有三个管子同时导通，导通的 组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5 ，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组 合工作60°。
2、工作原理：
输出Ud负为载输。入直流电压，R为逆变器的
，当逆开变关器输T1、出T电4闭压u合0=，UTd；2、T3断开时
，当输开出关电压T1、u0T=4－断U开d
，T2、T3闭 ;
合
时
T4.2当2、.4以T(3b频时)所率，示f则S的交在交替电变切阻电换R压开上波关获形T1得，、如其T4
和 图 周
由
Ud
d L
io
dt
L2Iom Ts
2
可得负载电流峰值为：
Iom 4TLs Ud
(4.3.7)
2020/6/17
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
3）阻感负载RL时
0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号 ，由于电流i0为负值，T1和T4不导通， D1、D4 导 通 起 负 载 电 流 续 流 作 用 ，
其线电压的瞬时值为：
u B C 2 3 U d si t n 1 5 s5 it n 7 1 s7 it n 1 1 s1 1 it n 1 1 1 s3 1 it n 3 (4.3.10)
电力电子技术 第四章逆变电路
V1
V2
VD1 VD2 VD1 VD2
t2~t3：负载—— C2——VD2，二极管VD2续流， 输出电压左正右负
Uo
+
Ud/2 Ud
Ud/2
-
C1 i0 R
+ u0
C2
V1 L
-
V2
Um
VD1 0
t
-Um
io
VD2 0
t3 t4
t
t1 t2
t5 t6
V1 V2
V1
V2
VD1 VD2 VD1 VD2
根据相关电路和变压器相关知识可以计算出 移相全桥零电压开关PWM变换器元器件参数：
变压器原和副边匝数比Ｋ＝32:6 输出滤波电感设计Lf=18.4uH 输出滤波电容Co=14.8uF 谐振电感设计Lr=80uH
DC/AC全桥移相电路驱动波形图
DC/AC全桥移相电路漏源电压波形图
输出直流电压波形图
强迫换流的定义：
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸 管强迫施加反电压或反电流的换流方式称为 强迫换流。
强迫换流的分类
直接耦合 式强迫换流
电感耦合 式强迫换流
S
--
VT
C
+
+
负载
图4-2 直接耦合式强迫换流原理图
S
S
-
VD
+ -
C
VT
+
L+
L
负载 (a)
负载 (b)
图4-3 电感耦合式强迫换流原理图
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
第四章 逆变 电力电子技术PPT课件
➢ t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成
9
4.1.2
换流方式分类
4. 强迫换流
➢ 设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施 加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流 （Forced Commutation）
通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称 为电容换流
S
VT +
负载
➢ 直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供 换流电压
c. t2<t<t3,V1、V2截止，VD2通。负载电流方向： LR C1 Ud VD2 .此时负载向电容Cd反馈无功。
d. t3<t<t4,V1截止，V2通。负载电流方向为：
Ud C1 R L V2,此时负载消耗有功。
22
4.2.1 单相电压型逆变电路
➢ io波形随负载而异，感性负载时，(图4-6b) ➢ 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,暂存在直流
Rio L
uo
VD2 V4
VD4
d.忽略电路中的分布电感。 e. 逆变电路已达稳态。
图4-5 电压图5型-5 逆变电路 举例（全桥逆变电路）
20
4.2.1
1．半桥逆变电路 ➢ 电路结构
➢ 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，互补 ➢ uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2
14
b.零式电路：
负载中带有电感L，T1和T2交替导通和截 止，负载电路得到交替变化的电压和电流。
+
V1
V3
V5
Ud 2
VD1
VD3
VD5
9
4.1.2
换流方式分类
4. 强迫换流
➢ 设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施 加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流 （Forced Commutation）
通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称 为电容换流
S
VT +
负载
➢ 直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供 换流电压
c. t2<t<t3,V1、V2截止，VD2通。负载电流方向： LR C1 Ud VD2 .此时负载向电容Cd反馈无功。
d. t3<t<t4,V1截止，V2通。负载电流方向为：
Ud C1 R L V2,此时负载消耗有功。
22
4.2.1 单相电压型逆变电路
➢ io波形随负载而异，感性负载时，(图4-6b) ➢ 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,暂存在直流
Rio L
uo
VD2 V4
VD4
d.忽略电路中的分布电感。 e. 逆变电路已达稳态。
图4-5 电压图5型-5 逆变电路 举例（全桥逆变电路）
20
4.2.1
1．半桥逆变电路 ➢ 电路结构
➢ 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，互补 ➢ uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2
14
b.零式电路：
负载中带有电感L，T1和T2交替导通和截 止，负载电路得到交替变化的电压和电流。
+
V1
V3
V5
Ud 2
VD1
VD3
VD5
电力电子技术-第4章逆变电路
ON
VD
14
VD
VD b)
VD
固定180°移相方波控制方式
思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电 压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？ ★只能靠改变输入直 流电压的大小来改变 输出电压的有效值。 能否不改变直流电 压，直接进行调制 呢？为此提出了导 电方式二：
移相导电方式。
课程回顾
uo S 4
图5-1 i 从电源负极流出，经 S S3流回正极，负载电 2、负载和 o t1时刻断开 St 、 S ，合上 S 、 S ， u 变负，但 u 1 1前： 4 S1、S4通， 2 3 o 和i o o 均为正 io不能立刻 电流从一条支路转移到另一条支路称为换流。 感能量向电源反馈， io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io 反向
负载提供能量。
VD V
2 2
• VD 1 或 VD 2 通时， i o 和 u o 反
a) uo Um O -Um io O t3 t4 t1 t 2 t5 t6 V1 V2 V1 V2 VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 b)
向，负载电感中贮藏的能量
向直流侧反馈。
t
• 输出电压 uo 为矩形波，幅
• 全桥逆变电路
*导电方式一： V1,V4同时通断；
uo Um O
V2,V3同时通断；
V1,V4与V2,V3信号 互补，各导电180 ゜。
-Um
io O t3 t1 t 2 V 14 VD
14
t
t4 t5 t6 V 23
23
t
V2
23
ON
V 14
14
VD
VD b)
VD
思考：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压
电力电子技术第4章 晶闸管有源逆变电路
17
第三节
三相桥式逆变电路
三相桥式逆变电路必须采用三相全控桥。其主 电路的结构与三相全控桥式整流电路完全相同，它 相当于共阴极三相半波与共阳极三相半波逆变电路 的串联，其逆变工作原理的分析方法与三相半波逆 变电路基本相同。因其变压器不存在直流磁势，利 用率高；而且输出电压脉动较小，主回路所需电抗 器的电感量较三相半波小，故应用较广泛。
24
二、晶闸管出现故障 如果晶闸管参数选择不当，例如额定电压选择 裕量不足；或者晶闸管质量本身的问题，使晶闸管 在应该阻断的时候丧失了阻断能力，而应该导通的 时候却无法导通。读者不难从有关波形图上进行分 析，从而将会发现，由于晶闸管出现故障，也将导 致电路的逆变失败．
25
三、交流电源出现异常 从逆变电路电流公式 可看出当电路在有源逆变状态下，如果交流电 源突然断电，或者电源电压过低，上述公式中的 Ud 都将为零或减小，从而使电流 Id 增大以至发生 电路逆变失败
21
输出电流的有效值为 晶闸管流过电流平均值为 晶闸管流过电流有效值为
22
第四节
逆变失败原因分析及逆变角的限制
电路在逆变状态运行时，如果出现晶闸管换流 失败，则变流器输出电压与直流电压将顺向串联并 相互加强，由于回路电阻很小，必将产生很大的短 路电流，以致可能将晶闸管和变压器烧毁，上述事 故称之为逆变失败，或叫做逆变颠覆。 造成逆变失败的原因很多，大致可归纳为下列 几个方面：
18
一、逆变工作原理及波形分析 三相桥式逆变电路结构如图 4.6（a）所示。 如果变流器输出电压 Ud 与直流电机电势 ED的极 性如图所标示（均为上负下正），当电势 ED 略大 于平均电压 Ud，则回路中产生电流 Id 为
19
图 4.6 三相桥式有源逆变电路
第三节
三相桥式逆变电路
三相桥式逆变电路必须采用三相全控桥。其主 电路的结构与三相全控桥式整流电路完全相同，它 相当于共阴极三相半波与共阳极三相半波逆变电路 的串联，其逆变工作原理的分析方法与三相半波逆 变电路基本相同。因其变压器不存在直流磁势，利 用率高；而且输出电压脉动较小，主回路所需电抗 器的电感量较三相半波小，故应用较广泛。
24
二、晶闸管出现故障 如果晶闸管参数选择不当，例如额定电压选择 裕量不足；或者晶闸管质量本身的问题，使晶闸管 在应该阻断的时候丧失了阻断能力，而应该导通的 时候却无法导通。读者不难从有关波形图上进行分 析，从而将会发现，由于晶闸管出现故障，也将导 致电路的逆变失败．
25
三、交流电源出现异常 从逆变电路电流公式 可看出当电路在有源逆变状态下，如果交流电 源突然断电，或者电源电压过低，上述公式中的 Ud 都将为零或减小，从而使电流 Id 增大以至发生 电路逆变失败
21
输出电流的有效值为 晶闸管流过电流平均值为 晶闸管流过电流有效值为
22
第四节
逆变失败原因分析及逆变角的限制
电路在逆变状态运行时，如果出现晶闸管换流 失败，则变流器输出电压与直流电压将顺向串联并 相互加强，由于回路电阻很小，必将产生很大的短 路电流，以致可能将晶闸管和变压器烧毁，上述事 故称之为逆变失败，或叫做逆变颠覆。 造成逆变失败的原因很多，大致可归纳为下列 几个方面：
18
一、逆变工作原理及波形分析 三相桥式逆变电路结构如图 4.6（a）所示。 如果变流器输出电压 Ud 与直流电机电势 ED的极 性如图所标示（均为上负下正），当电势 ED 略大 于平均电压 Ud，则回路中产生电流 Id 为
19
图 4.6 三相桥式有源逆变电路
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 4.4 电流型逆变电路
电力电子技术(第5版) 第4章 无源逆变电路
4.4 电流型逆变电路
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
1、工作原理：
I0=当Id ；T1反、之T4，导I通0=，-IdT。2、T3关断时， T如4图和当T以42、.频4.T1率3（时fb交，）替则所切在示换负的开载电关上流管获波得形T1、。
输出电流波形为矩形波，与 电路负载性质无关，而输出电压 波形由负载性质决定。
③ 直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因电流不 能反向，故可控器件不必反并联二极管。
④ 当用于交-直-交变频器且负载为电动机时，若交 -直变换为相控整流，则可很方便地实现再生制动。
导 通 顺 序 T1→T2→T3→T4→T5→T6， 依 次间隔60°，每个桥臂导通120°，每个 时刻上桥臂组和下桥臂组中都各有一个臂 导通。
输出电流波形与负载性质无关。
输出电压波形由负载的性质决定。
输出电流的基波有效值I01和直流电流Id 的关系式为：
图4.4.2 电流型三相桥式逆变 电路原理图
主电路开关管采用自关断器 件时，如果其反向不能承受高电 压，则需在各开关器件支路串入 二极管。
图4.4.1 电流型单相桥式逆变 电路及电流波形
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
2、参数计算：
将图4.4.1（b）所示的电流波形i0展开成傅氏级数,有
io
4Id
(sint
1 sin3t 3
1 sin5t 5
6 I01 Id 0.78Id
(4.4.4)
图4.4.3 电流型三相桥式逆变电路 的输出电流波形
4.4.3 电流型逆变电路的特点
① 直流侧接大电感，相当于电流源，直流电流基 本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
4.4 电流型逆变电路
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
1、工作原理：
I0=当Id ；T1反、之T4，导I通0=，-IdT。2、T3关断时， T如4图和当T以42、.频4.T1率3（时fb交，）替则所切在示换负的开载电关上流管获波得形T1、。
输出电流波形为矩形波，与 电路负载性质无关，而输出电压 波形由负载性质决定。
③ 直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因电流不 能反向，故可控器件不必反并联二极管。
④ 当用于交-直-交变频器且负载为电动机时，若交 -直变换为相控整流，则可很方便地实现再生制动。
导 通 顺 序 T1→T2→T3→T4→T5→T6， 依 次间隔60°，每个桥臂导通120°，每个 时刻上桥臂组和下桥臂组中都各有一个臂 导通。
输出电流波形与负载性质无关。
输出电压波形由负载的性质决定。
输出电流的基波有效值I01和直流电流Id 的关系式为：
图4.4.2 电流型三相桥式逆变 电路原理图
主电路开关管采用自关断器 件时，如果其反向不能承受高电 压，则需在各开关器件支路串入 二极管。
图4.4.1 电流型单相桥式逆变 电路及电流波形
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
2、参数计算：
将图4.4.1（b）所示的电流波形i0展开成傅氏级数,有
io
4Id
(sint
1 sin3t 3
1 sin5t 5
6 I01 Id 0.78Id
(4.4.4)
图4.4.3 电流型三相桥式逆变电路 的输出电流波形
4.4.3 电流型逆变电路的特点
① 直流侧接大电感，相当于电流源，直流电流基 本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
电力电子技术——有源逆变电路
当=60，Id=0时，设对应的反电动势为 E0 ，
其值为
E0 Ud 1.17U2 cos60 0.585U2
非线性特性
图4-10 电流断续时电动势的特性曲线
Goback
❖实际上，当Id减小至某一定值Idmin以后，电流变 为断续，真正的理想空载点远大于此值，因为
此时晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为 2U2 。
❖考虑直流等效回路，左侧电源为脉动直流电压
ud波形，最大瞬时值为 2U 2 ，并且由于整流器
件的单向导电性，回路电流Id的方向是固定的，
只有当反电动势EM等于脉动直流电压ud的最大
峰值时，电流才能完全等于零，否则，只要EM
比ud的最大峰值略小一点，就总是存在断断续
续的电流脉冲。因此 2U2 才是实际的理想空载
no Ke
Goback
2. 电流断续时电动机的机械特性 • 由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动
机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减 小，致使电流不再连续，此时电动机的机械特 性也就呈现出非线性。
• 电流断续时电动机机械特性的第一个特点: 当 电流断续时，电动机的理想空载转速抬高。
❖由三相半波电路电流连续时反电动势表达式，
变化很小也可引起很大的转速变化。
❖ 设整流控制角一定，由于轻载时电流断续，各晶闸管 的导通角 120 ，此时ud波形将发生一定的变化，水 平直线E以下的部分作用时间将比电流连续时缩短，负 面积减小，平均面积Ud比电流连续时的计算值升高， 在电流连续的条件下得出的Ud计算公式不再适用。
整流波形
图4-11 考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线
➢整流输出电压ud是脉动的，可分为两部分：直 流分量Ud，和交流分量。交流电流分量的大小 主要取决于直流侧的回路电感，特别是平波电
其值为
E0 Ud 1.17U2 cos60 0.585U2
非线性特性
图4-10 电流断续时电动势的特性曲线
Goback
❖实际上，当Id减小至某一定值Idmin以后，电流变 为断续，真正的理想空载点远大于此值，因为
此时晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为 2U2 。
❖考虑直流等效回路，左侧电源为脉动直流电压
ud波形，最大瞬时值为 2U 2 ，并且由于整流器
件的单向导电性，回路电流Id的方向是固定的，
只有当反电动势EM等于脉动直流电压ud的最大
峰值时，电流才能完全等于零，否则，只要EM
比ud的最大峰值略小一点，就总是存在断断续
续的电流脉冲。因此 2U2 才是实际的理想空载
no Ke
Goback
2. 电流断续时电动机的机械特性 • 由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动
机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减 小，致使电流不再连续，此时电动机的机械特 性也就呈现出非线性。
• 电流断续时电动机机械特性的第一个特点: 当 电流断续时，电动机的理想空载转速抬高。
❖由三相半波电路电流连续时反电动势表达式，
变化很小也可引起很大的转速变化。
❖ 设整流控制角一定，由于轻载时电流断续，各晶闸管 的导通角 120 ，此时ud波形将发生一定的变化，水 平直线E以下的部分作用时间将比电流连续时缩短，负 面积减小，平均面积Ud比电流连续时的计算值升高， 在电流连续的条件下得出的Ud计算公式不再适用。
整流波形
图4-11 考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线
➢整流输出电压ud是脉动的，可分为两部分：直 流分量Ud，和交流分量。交流电流分量的大小 主要取决于直流侧的回路电感，特别是平波电
第4章 4逆变电路多重化
该三相电压型二重逆变电路的直流侧电流每周期脉动12 次，称为12脉波逆变电路。一般来说，使m个三相桥式逆变 电路的相位依次错开 /(3m) 运行，连同使它们输出电压合
成并抵消上述相位差的变压器，就可以构成脉波数为6m的
逆变电路。
8
自动化与信工程学院电气系
--电力电子技术--
3. Cascaded Inverter Topology 由若干个基本变换单元，例如H桥逆变器、两电平逆变器、 三电平逆变器等，通过串联或并联连接而形成的单相或三相 逆变器。每一个逆变单元可以输出方波或阶梯波，通过输出 波形的叠加合成，形成更多电平台阶的阶梯波，以逼近正弦 输出电压或电流。
110kV 馈线A 27.5kV 馈线B 27.5kV
Lfa Cdc Cdc
Tb
Cdc
Cdc
Cdc
Cdc
独立直流电源型
9
自动化与信工程学院电气系
110kV
--电力电子技术-110kV
馈线A 27.5kV
馈线B 27.5kV
馈线A 27.5kV
馈线B 27.5kV
Ta
Cdc
--电力电子技术--
2.Three-phase Cascaded Inverter 1)电路结构分析 ☞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。 ☞工作时，逆变桥II 的相位比逆变桥I滞后 30°。
5
自动化与信工程学院电气系
--电力电子技术--
6U d n
n次谐波有效值为： U U1n
☞输出相电压uUN的基波电压有效值为：
U UN1
7
2 6U d
1.56U d
电力电子技术06第4章无源逆变电路精品PPT课件
当S闭合， LC振荡电流在前 半周期反向流经晶闸管，使 原来通过VT的电流减小。
当VT电流降为零，振荡电流 流向VD，而VD正向压降使 VT反偏而彻底可靠关断。
6
4.1.2 逆变器的分类
（1）逆变种类
有源逆变：不可变频。 使用晶闸管可以利用电网换流。
无源逆变：可以变频。 使用晶闸管必须采用负载换流或强迫换流。
Ud
2
其中二极管导通的续流过程， t
即为能量回馈的过程。
t1 t2 t4
t6
t3
t5
14
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（4）其他问题
若采用晶闸管作为开关器
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
件，必需考虑强迫换流。
Ud
优缺点
Ud 2
C
u0
V2
VD2
优点为电路简单，功 率器件少。
uo io
Ud
缺点是输出电压低，
t
i0>0 ，重复上述过程， 。
t1 t2 t4
t6
t3
t5
13
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（3）能量传递
当输出电压与输出电流方向
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
相同，直流电源向交流负载 Ud
提供能量。
Ud 2
C
u0
V2
VD2
当输出电压与输出电流方向
相反，电感储能回馈给直流 u o i o
电源。
VD4
L → VD3 → C → VD2 → R。
uo io
当输出电流为负时，由
VD1与VD4续流，电流通路为：
当VT电流降为零，振荡电流 流向VD，而VD正向压降使 VT反偏而彻底可靠关断。
6
4.1.2 逆变器的分类
（1）逆变种类
有源逆变：不可变频。 使用晶闸管可以利用电网换流。
无源逆变：可以变频。 使用晶闸管必须采用负载换流或强迫换流。
Ud
2
其中二极管导通的续流过程， t
即为能量回馈的过程。
t1 t2 t4
t6
t3
t5
14
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（4）其他问题
若采用晶闸管作为开关器
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
件，必需考虑强迫换流。
Ud
优缺点
Ud 2
C
u0
V2
VD2
优点为电路简单，功 率器件少。
uo io
Ud
缺点是输出电压低，
t
i0>0 ，重复上述过程， 。
t1 t2 t4
t6
t3
t5
13
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（3）能量传递
当输出电压与输出电流方向
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
相同，直流电源向交流负载 Ud
提供能量。
Ud 2
C
u0
V2
VD2
当输出电压与输出电流方向
相反，电感储能回馈给直流 u o i o
电源。
VD4
L → VD3 → C → VD2 → R。
uo io
当输出电流为负时，由
VD1与VD4续流，电流通路为：
电力电子技术第4章 逆变电路1
第4章 逆变电路
学习指导
※ 熟悉逆变电路的电路结构、分类及主要性能指标 ※ 掌握基本方波逆变电路及其特点 ※ 了解多重化逆变电路和多电平逆变电路 ※ 掌握逆变电路的脉冲宽度调制（PWM）控制技术 ※ 熟悉PWM整流电路
第4章 逆变电路
4.1 逆变电路综述 4.2 方波逆变电路 4.3 多重逆变电路和多电平逆变电路 4.4 逆变电路的脉宽调制控制技术——PWM控制技术 4.5 PWM跟踪控制技术 4.6 空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术 4.7 PWM整流电路
逆变电路换流过程中，有的支路要从通态转移到断态，有的支 路要从断态转移到通态。
从断态向通态转移时，无论支路是由全控型还是半控型电力电 子器件组成，只要给门极适当的驱动信号，就可以使其开通。
但从通态向断态转移的情况就不同。全控型器件可以通过对门 极的控制使其关断，而对于半控型器件的晶闸管来说，就不能 通过对门极的控制使其关断，必须利用外部条件或采取措施才 能使其关断，所以关断晶闸管需要设置强迫换流电路。这种情 况增加了逆变电路的复杂，降低了可靠性，也限制了开关频率。
如今，绝大多数逆变电路都采用全控型电力半导体开关器件。 中、大功率逆变电路多用IGBT、IGCT，小功率逆变电路多用 功率MOSFET。
4.1.3晶闸管电路换流方式
1. 电网换流
由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation）。对于 可控整流电路，无论其工作在整流状态还是有源逆变状态，都是 借助与电网电压实现换流的，都属于电网换流。
可见输出电压uo为矩形波，其幅值为 Um=Ud/2。输出电流io波形随负载情况而异。
逆变电路工作波形
设开关器件VT1和VT2的栅极信号在一个周 期内期内各有半周正偏，半周反偏，且二者
学习指导
※ 熟悉逆变电路的电路结构、分类及主要性能指标 ※ 掌握基本方波逆变电路及其特点 ※ 了解多重化逆变电路和多电平逆变电路 ※ 掌握逆变电路的脉冲宽度调制（PWM）控制技术 ※ 熟悉PWM整流电路
第4章 逆变电路
4.1 逆变电路综述 4.2 方波逆变电路 4.3 多重逆变电路和多电平逆变电路 4.4 逆变电路的脉宽调制控制技术——PWM控制技术 4.5 PWM跟踪控制技术 4.6 空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术 4.7 PWM整流电路
逆变电路换流过程中，有的支路要从通态转移到断态，有的支 路要从断态转移到通态。
从断态向通态转移时，无论支路是由全控型还是半控型电力电 子器件组成，只要给门极适当的驱动信号，就可以使其开通。
但从通态向断态转移的情况就不同。全控型器件可以通过对门 极的控制使其关断，而对于半控型器件的晶闸管来说，就不能 通过对门极的控制使其关断，必须利用外部条件或采取措施才 能使其关断，所以关断晶闸管需要设置强迫换流电路。这种情 况增加了逆变电路的复杂，降低了可靠性，也限制了开关频率。
如今，绝大多数逆变电路都采用全控型电力半导体开关器件。 中、大功率逆变电路多用IGBT、IGCT，小功率逆变电路多用 功率MOSFET。
4.1.3晶闸管电路换流方式
1. 电网换流
由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation）。对于 可控整流电路，无论其工作在整流状态还是有源逆变状态，都是 借助与电网电压实现换流的，都属于电网换流。
可见输出电压uo为矩形波，其幅值为 Um=Ud/2。输出电流io波形随负载情况而异。
逆变电路工作波形
设开关器件VT1和VT2的栅极信号在一个周 期内期内各有半周正偏，半周反偏，且二者
电力电子技术 第4章有源逆变电路
2018年9月25日
4.3
逆变电路的应用
分析可得整流后电机转子直流回路电压平衡方程式: Ud=Ui＋IdR (4-6)
设异步电机带动恒转矩负载在某一转速下稳定运行。现在要改变其 转速，可以通过控制逆变电路的逆变角β来实现。当β角增大时，逆 变电压Ui相应减小，但受机械惯性作用，电机转速不会立即变化， 所以Ud仍维持原值。这样，根据式(4-6)，转子整流回路电流Id就要 增大，转子电流和电磁转矩都会相应增大，而负载转矩未变，电机 做加速运动。在加速过程中，转子整流电压Ud随之减小，又使电流 Id减小，直到Ud、Ui与Id间依式(4-6)取得新的平衡为止。最后，电 机进人新的稳定运行状态，并以比原转速更高的转速运行。同理可 知，减小β角时，电机将降低转速运行。这就是以电力电子器件组成 的绕线转子异步电机电气串级调速系统的工作原理。
4.1
4.1.1
有源逆变电路
认识整流与逆变的关系
整流时能量是交流电网发出经过电路转换成 能量 直流电供给负载，如图4.1(a)所示。而逆变时 传递： 能量是直流电源（此电源或为电机或为直流 电池）经过电路转换成交流电返回给电网或 者给负载，如图4.1(b)所示。
2018年9月25日
4.1
有源逆变电路
4.1.2 有源逆变电路的工作过程 以卷扬机械为例，由单相全波整流电路供电给直流电 动机为动力，分析提升和下放重物两种工作情况。 1.提升重物时，变流器工作于整流状态 (0°≤α ≤ 90° )
L V1 a ud b V3 V4 + E 重物 M _ V2 + id T + u2 i2 R+ u1 -源自4.1有源逆变电路
4.1.2 有源逆变电路的工作过程 2.下放重物时，变流器工作于逆变状态(0°≤α ≤ 90°)
电力电子技术4章 逆变电路
u WN'
c)
O
u UV
Ud
d)
O
t t
负载相电压
uUN uUN' uNN'
uVN uVN'
uNN'
uWN uWN' uNN '
图4-10电压型三相桥式逆 变电路的电压工作波形
College of Electrical Engineering and Automation
4.1.2 换流方式分类
换流方式总结：
器 件 换 流 —— 适 用 于 全 控 型 器 件 （ IGBT 、 MOSFET等）。
其余三种方式——针对晶闸管（SCR）。
器件换流和强迫换流——属于自换流（器件、 变流器自身）。
电网换流和负载换流——属于外部换流(电网、 负载电压)。
当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而
Automation
College of Electrical Engineering and Automation
15/53
优缺点：
结构简单，使用器件较少。
输出交流电压的幅值 Um=±Ud/2。 ，且直流侧需 要两个电容器并联，工作时需 要考虑两个电容电压的均衡， 因而仅使用于小功率逆变电路。
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2Ud，比全桥电路高 一倍。 必须有一个变压器 。
College of Electrical Engineering and Automation
19/53
4.2.2 三相电压型逆变电路
三个单相半桥单元逆变电路可组合成一个三 相逆变电路 应用最广的是三相桥式逆变电路
电力电子技术_王兆安第五版_第4章
➢ 输出相电流波形和负载性质无关，为正负各120° 的矩形波，线电流为阶梯波。
➢ 输出线电压波形和负载性质有关，若有电感，因 电感的作用，每次换相时会产生电压冲击。
（2）串联二极管式晶闸管逆变电路
（串联二极管式晶 闸管逆变电路）
①主要用于中大功率交 流电动机调速系统。 ②电流型三相桥式逆 变电路，输出波形与 全控型器件时一样。
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并电抗个采电限C应谐联压，桥和用压制称振谐波谐臂L负（晶之式振形波、，载呈闸为逆回接在R每换容管容变构路近负桥相性开性电成对正载臂方）通小路并基弦上晶式。时失（联波波产闸，的谐但谐呈。生管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
③各桥臂的晶闸管和 二极管串联使用。
④ 120°导电工作方式
⑤强迫换流方式，电 容C1~C6为换流电容。
重点分析：换流过程（因电容C，强迫换流）
➢电容器充电规律：对共阳极 晶闸管，它与导通晶闸管相 连一端极性为正，另一端为 负，不与导通晶闸管相连的 电容器电压为零
➢等效换流电容概念：分析从 VT1向VT3换流时，C13就是 C3与C5串联后再与C1并联的 等效电容.
※两个重要参数：
触发引前时间 :
t=t+ tb io超前于uo的 时间 :
t = t / 2 + tb
即为功率因数角。
4.3.2 三相电流型逆变电路（桥式）
（1）采用全控型器件GTO
基本工作方式是1200导电方式：每个臂一周期内 导电1200，每时刻上下桥臂组各有一个臂导通， 为横向换流。
三相电流型逆变输出特性（全控型器件）：
➢ 输出线电压波形和负载性质有关，若有电感，因 电感的作用，每次换相时会产生电压冲击。
（2）串联二极管式晶闸管逆变电路
（串联二极管式晶 闸管逆变电路）
①主要用于中大功率交 流电动机调速系统。 ②电流型三相桥式逆 变电路，输出波形与 全控型器件时一样。
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并电抗个采电限C应谐联压，桥和用压制称振谐波谐臂L负（晶之式振形波、，载呈闸为逆回接在R每换容管容变构路近负桥相性开性电成对正载臂方）通小路并基弦上晶式。时失（联波波产闸，的谐但谐呈。生管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
③各桥臂的晶闸管和 二极管串联使用。
④ 120°导电工作方式
⑤强迫换流方式，电 容C1~C6为换流电容。
重点分析：换流过程（因电容C，强迫换流）
➢电容器充电规律：对共阳极 晶闸管，它与导通晶闸管相 连一端极性为正，另一端为 负，不与导通晶闸管相连的 电容器电压为零
➢等效换流电容概念：分析从 VT1向VT3换流时，C13就是 C3与C5串联后再与C1并联的 等效电容.
※两个重要参数：
触发引前时间 :
t=t+ tb io超前于uo的 时间 :
t = t / 2 + tb
即为功率因数角。
4.3.2 三相电流型逆变电路（桥式）
（1）采用全控型器件GTO
基本工作方式是1200导电方式：每个臂一周期内 导电1200，每时刻上下桥臂组各有一个臂导通， 为横向换流。
三相电流型逆变输出特性（全控型器件）：
【图文】电力电子技术 第4章 逆变电路
本章小结■讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理◆四大类基本变流电路中，AC/DC和DC/AC两类电路更为基本、更为重要。
■换流方式◆分为外部换流和自换流两大类，外部换流包括电网换流和负载换流两种，自换流包括器件换流和强迫换流两种。
◆换流概念在晶闸管时代十分重要，全控型器件时代其重要性有所下降。
46
本章小结■逆变电路分类方法◆可按换流方式、输出相数、直流电源的性质或用途等分类。
◆本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法，分为电压型和电流型两类。
◆电压型和电流型的概念用于其他电路，会对这些电路有更深刻的认识，负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路，电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。
■与其它章的关系◆本章对逆变电路的讲述是很基本的，还远不完整，第7章的PWM控制技术在逆变电路中应用最多，绝大部分逆变电路都是PWM控制的，学完下一章才能对逆变电路有一个较为完整的认识。
◆逆变电路的直流电源往往由整流电路而来，二都结合构成间接交流变流电路。
◆此
外，间接直流变流电路大量用于开关电源，其中的核心电路仍是逆变电路，这些将在第10章介绍，学完第10章后，对逆变电路及其应用将有更完整的认识。
47。
电力电子技术第4章 逆变电路总结
u a)
UN'
◆把上面各式相加并整理可求得
U d 2
O u
VN'
t t t
b) u c) u d) u u
O
WN'
1 1 u NN' (uUN' uVN' uWN' ) (uUN uVN uWN ) 3 3
(4-6)
O
UV
U O
NN' UN
d
t
U d 6
设负载为三相对称负载，则有 uUN+uVN+uWN=0，故可得
图4-8 带中心抽头变 压器的逆变电路
◆与全桥电路相比较 ☞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。
15/47
4.2.2 三相电压型逆变电路
■三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。 ■三相桥式逆变电路 ◆基本工作方式是180°导电方式。 ◆同一相（即同一半桥）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。
u
UN'
a)
u b) u c) u d)
O
VN'
U d 2
t t t
O
WN'
O
UV
U O u u
NN' UN
d
t
U d 6
u UV u UN' u VN' u VW u VN' u WN' u WU u WN' u UN'
◆负载各相的相电压分别为
UN'
◆把上面各式相加并整理可求得
U d 2
O u
VN'
t t t
b) u c) u d) u u
O
WN'
1 1 u NN' (uUN' uVN' uWN' ) (uUN uVN uWN ) 3 3
(4-6)
O
UV
U O
NN' UN
d
t
U d 6
设负载为三相对称负载，则有 uUN+uVN+uWN=0，故可得
图4-8 带中心抽头变 压器的逆变电路
◆与全桥电路相比较 ☞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。
15/47
4.2.2 三相电压型逆变电路
■三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。 ■三相桥式逆变电路 ◆基本工作方式是180°导电方式。 ◆同一相（即同一半桥）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。
u
UN'
a)
u b) u c) u d)
O
VN'
U d 2
t t t
O
WN'
O
UV
U O u u
NN' UN
d
t
U d 6
u UV u UN' u VN' u VW u VN' u WN' u WU u WN' u UN'
◆负载各相的相电压分别为
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15/47
4.2 电压型逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路
16/47
4.2 电压型逆变电路·引言
■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类
◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。 (Voltage Source Inverter---VSI)
◆电流型逆变电路：直流侧是电流源。 (Current Source Inverter---CSI)
图4-3 直接耦合式 强迫换流原理图
11/47
4.1.2 换流方式分类
☞分类 √直接耦合式强迫换流：由换流电路内电容直
接提供换流电压。 √电感耦合式强迫换流：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。
12/47
4.1.2 换流方式分类
☞直接耦合式强迫换流 √如图4-3，当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。当S合上，
4.1.2 换流方式分类
■换流方式分为以下几种 ◆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。
7/47
4.1.2 换流方式分类
◆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
uo
uo a)
io
O
ωt
io
i
iVT1 iVT4
O i
iVT2 iVT3
ωt
O uVT
O
t1
u VT1
u
VT4
ωt
ωt
图4-2 负载换流电b路) 及其工作波形
☞图4-2a是基本的负载换流逆变电路，整 个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容 性，直流侧串大电感，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。
就可使VT被施加反压而关断。 √也叫电压换流。
图4-3 直接耦合式 强迫换流原理图
13/47
4.1.2 换流方式分类
☞电感耦合式强迫换流 √图4-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断，图4-
4b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断，注意两图中 电容所充的电压极性不同。
√在这两种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二 极管开始流过电流时关断，二极管上的管压降就是加在 晶闸管上的反向电压。
反馈二极管。
节点在可容许
的电压范围内
变化时，某点
的电压值不变。
图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）
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4.2.1 单相电压型逆变电路
■半桥逆变电路 Single-Phase Half Bridge VSI
a)
o
U m
O
t
-U
m
i o
tt
O tt 3 12
4
tt 56
t
ON
V1
V2
V1
第4章 逆变电路
4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路
引言
■逆变的概念 ◆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，本章主要讲述无源逆
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。 ■逆变电路的主要应用 ◆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2/47
√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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4.1.2 换流方式分类
◆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。
V2
VD VD VD VD
1
2
1
2
b)
图4-6 单相半桥电压型逆 变电路及其工作波形
◆在直流侧接有两个相互 串联的足够大的电容，两个 电容的联结点便成为直流电 源的中点，负载联接在直流 电源IGB中T 点和两个桥臂联结点 之间。
√也叫电流换流。
图4-4 电感耦合式强迫换流原理图
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4.1.2 换流方式分类
■换流方式总结 ◆器件换流只适用于全控型器件，其余三种方
式主要是针对晶闸管而言的。 ◆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。
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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4.1.2 换流方式分类
◆负载换流（Load Commutation） ☞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，如电容性 负载和同步电动机。
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4.1.2 换流方式分类
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4.2 电压型逆变电路·引言
■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。
为◆矩由形于波直，流并电与压负源载的阻钳抗位角作用无，关交；流交侧流输侧出输电出压
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，逆变桥当各电臂路中并其联他
◆改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。
◆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。
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4.1.2 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。 ◆研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
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引言
• 换流：变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个 支路的转移。
• 按直流电源的性质分类： • 电压型和电流型
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4.1 换流方式
4.1.1 逆变电路的基本工作原理 4.1.2 换流方式分类
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4.1.1 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
Байду номын сангаас
◆ 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。
u o
S1 io 负载 S3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
a)
b)
图4-1 逆变电路及其波形举例
◆当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断 开，S2、S3闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电。
4.2 电压型逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路
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4.2 电压型逆变电路·引言
■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类
◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。 (Voltage Source Inverter---VSI)
◆电流型逆变电路：直流侧是电流源。 (Current Source Inverter---CSI)
图4-3 直接耦合式 强迫换流原理图
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4.1.2 换流方式分类
☞分类 √直接耦合式强迫换流：由换流电路内电容直
接提供换流电压。 √电感耦合式强迫换流：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。
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4.1.2 换流方式分类
☞直接耦合式强迫换流 √如图4-3，当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。当S合上，
4.1.2 换流方式分类
■换流方式分为以下几种 ◆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。
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4.1.2 换流方式分类
◆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
uo
uo a)
io
O
ωt
io
i
iVT1 iVT4
O i
iVT2 iVT3
ωt
O uVT
O
t1
u VT1
u
VT4
ωt
ωt
图4-2 负载换流电b路) 及其工作波形
☞图4-2a是基本的负载换流逆变电路，整 个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容 性，直流侧串大电感，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。
就可使VT被施加反压而关断。 √也叫电压换流。
图4-3 直接耦合式 强迫换流原理图
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4.1.2 换流方式分类
☞电感耦合式强迫换流 √图4-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断，图4-
4b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断，注意两图中 电容所充的电压极性不同。
√在这两种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二 极管开始流过电流时关断，二极管上的管压降就是加在 晶闸管上的反向电压。
反馈二极管。
节点在可容许
的电压范围内
变化时，某点
的电压值不变。
图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）
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4.2.1 单相电压型逆变电路
■半桥逆变电路 Single-Phase Half Bridge VSI
a)
o
U m
O
t
-U
m
i o
tt
O tt 3 12
4
tt 56
t
ON
V1
V2
V1
第4章 逆变电路
4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路
引言
■逆变的概念 ◆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，本章主要讲述无源逆
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。 ■逆变电路的主要应用 ◆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2/47
√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。
10/47
4.1.2 换流方式分类
◆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。
V2
VD VD VD VD
1
2
1
2
b)
图4-6 单相半桥电压型逆 变电路及其工作波形
◆在直流侧接有两个相互 串联的足够大的电容，两个 电容的联结点便成为直流电 源的中点，负载联接在直流 电源IGB中T 点和两个桥臂联结点 之间。
√也叫电流换流。
图4-4 电感耦合式强迫换流原理图
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4.1.2 换流方式分类
■换流方式总结 ◆器件换流只适用于全控型器件，其余三种方
式主要是针对晶闸管而言的。 ◆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。
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。
8/47
4.1.2 换流方式分类
◆负载换流（Load Commutation） ☞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，如电容性 负载和同步电动机。
9/47
4.1.2 换流方式分类
17/47
4.2 电压型逆变电路·引言
■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。
为◆矩由形于波直，流并电与压负源载的阻钳抗位角作用无，关交；流交侧流输侧出输电出压
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，逆变桥当各电臂路中并其联他
◆改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。
◆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。
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4.1.2 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。 ◆研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
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引言
• 换流：变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个 支路的转移。
• 按直流电源的性质分类： • 电压型和电流型
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4.1 换流方式
4.1.1 逆变电路的基本工作原理 4.1.2 换流方式分类
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4.1.1 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
Байду номын сангаас
◆ 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。
u o
S1 io 负载 S3
Ud
S2
uo S4
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t1 t2
t
a)
b)
图4-1 逆变电路及其波形举例
◆当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断 开，S2、S3闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电。