电力电子技术-4.1单相方波电压逆变

g13 感性负载 0 0 d 01 0
t
P id Cd A T4 N i T1 i1 D1 i 0 ,u 0 R 0 L0 D4 T3 T2 i2 D2 B D3
i0
0
1

u 01

t
自然换流 强制换流


t
ud
p
0
pAC
p0
P DC
t
全桥式电路结构
T D
13 13 24
24
4-14
4-1
Introduction
DC-to-ac converters are knows as inverters. The function of an inverter is to change a dc input voltage to a symmetric ac output voltage of desired magnitude and frequency. The output voltage could be fixed or variable frequency. A variable output voltage can be obtained by varying the input dc voltage and maintaining the gain of the inverter constant. On the other hand, if the dc input voltage is fixed and it is not controllable, a variable output voltage can be obtained by varying the gain of the inverter, which is normally accomplished by pulsewidth-modulation (PWM) control within the inverter.
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O a) t
?
t
t t io t 1 t2 b) t3 uo
t
4-19
相移式方波逆变电路
P id Cd A R0 V4 N D4 i V1 i1 D1 i 0 ,u 0 L0 V3 V2 i2
电路工作模式：改变移相角即改 变输出电压基波有效值
2 1 4
u 0关 断 UDd 流D 0 流 ， V, DV， 断 < 0 , 通 : 电 t , 准备 V , 导, , 过续 流 , D 1关 i 0 V V
4 2
4 2 2 4
i1
0

i2


t
u 0 关 U ， D 1D 续 流 , V2， i 0准0备 V 4 断 d : 1 , t 1 ,V 3 > , u 0 0 : 2 3 t 3， i 0 > 0 , V1 ,V 3导 通 流 过 电 流 ， D 1 , D 3 关 断 , V 3 关 断 ， V1 , D 2 续 流
第4章 逆变电路 • 引言【原第5章】
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。 本章讲述无源逆变 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。
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、感应加热电源等电 力电子装置的核心部分都是逆变电路。
n 1,3 ,5 ,


2U d n
sin n t
基波有效值 输出电流
i0
U 0 1 rm s
2U d 2
0 .4 5U d
sin n ω t n ,
n 1,3 ,5 ,


2U d n R L
2 2
n tg
1
n L R
4-10
Ud I 0 1 co s 1 Ud I 0 1 co s( 2 t 1 )
i0
0
1

自然换流

t


t
p
0
pAC
p0
P DC
t
T D
13 13 24
24
基波功率瞬时值包含直流分量和交流分量
p 01 U 01 I 01 cos 1 U 01 I 01 cos( 2 t - 1 ) PDC p AC
2
[a
n 1

n
co s n t b n sin n t ]
a0 0, an 0 1 0 U d bn 2 sin n t d t 输 出 电 压 u0


0
Ud
2U d sin n t d t , n 1, 3, 5, 2 n
输出电压分析
基波幅值：U 01 m
4U d
u0

n
4U n
d
sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn n t
(n 1,3,5, )

1 . 27 U d
不可调
基波电压有效值： 谐波相对幅值： 总谐波失真度THD：
THD
U 0 1 rm s
Cn U 0 nm U 01 m U 0 nm 4U d /
例：单相半桥逆变器电阻负载，输入直流电压200V， 负载电阻10W，求
输出电压基波有效值； 输出功率； 功率管每管电流平均值； 总谐波失真度THD
U 0 1 rm s
U0 Ud 2
2U d 2
0 .4 5U d 0 .4 5 2 0 0 9 0V
2
1 0 0V , P0 U 0 / R
u g1 =-u
D2 B D3
0
g4 t g2
ud
u g3 =-u u0
0
全桥移相式电路电量波形
t
Ud
i 01

u 01
t
全桥式电路结构
i0
0

u 0 － U d d : : 3 t 5 4， <00> 0 , t ， i0 i , －U 4 0
4-8
4.2.1 单相电压型方波逆变电路
1）半桥逆变电路 V1和V2栅极信号在一周 工作原理 实际因功率管关断 期内各半周正偏、半周反 不能瞬时完成，为防 偏，两者互补，输出电压 止电源经功率管短路， uo为矩形波，幅值为 上下管交替导通间须 Um=Ud/2。 插入死区保证先关后 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。VD1、VD2称 为反馈二极管,它又起着使 负载电流连续的作用，又 称续流二极管。
4.2 电压型逆变电路
2）电压型逆变电路的特点
(3)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， 逆变桥各臂并 联反馈二极管。
(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)输出电压为交流方波，输出 电流因负载阻抗不同而不同。
电压型全桥逆变电路
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
4-7
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。
开通：适当的门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。 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。
4-6
4.2 电压型逆变电路
开
u o Um O -Um io a)
t
单相半桥电压型逆变电路及其 工作波形
4-9
t 3 t4 O t t t5 t6 1 2 V1 V2 V1 V2 ON VD1 VD2 VD1 VD2 b)
t
输出电压有效值
u0 a0 2
U 0 rm s
2 T0
T0

2 0
U Ud dt d 2 2
0.45Ud， 且直流侧需两电容器串联，要控制两者电 压均衡。
应用：
用于几kW以下的小功率逆变电源。 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电 路的组合。
4-12
单相电压型方波全桥逆变电路
2) 全桥逆变电路 共四个桥臂，可看成两个半桥 电路组合而成。
两对桥臂交替导通180°。 输出电压合电流波形与半 桥电路形状相同，幅值高 出一倍。 改变输出交流电压的有效 值只能通过改变直流电压 Ud来实现。 重复频率和脉宽由控制极信 号决定，幅值由直流电源电 压决定。

U 01m 2
1 n
0 .9U d
n 1 , 3 , 5 .
1 U 01 m

U
2 0 nm

n2
C
n2

2 n
单相方波逆变Cn
1
n
,TH D 4 5 .2 %
谐波含量较高
4-15
忽略损耗，对阻感负载，当开关频率足够高时，主要考虑输出 的基波正弦量，则有： u
g13 感性负载 0
4-2