[电力电子技术(第4版)][王云亮 (5)[54页]

电力电子技术（第4版）电子工业出版社王云亮主编

第5章直-交变换器

5.1 引言

直-交变换器就是将直流电逆变成为固定的或可调的交流电，也称为逆变器。

交-直-交变换器由交流-直流变换器和直流-交流变换器两部分组成，交-直变换器属整流器；直-交变换器称为逆变器。

逆变器的交流侧接电网，为有源逆变。如第2章讲的有源逆变器。

逆变器的交流侧接负载，为无源逆变。也称为变频器。

主要应用：

交流电机调速、不间断电源、感应加热等应用。

5.2逆变器的基本原理

S 1、S

4

闭合，S

2

、S

3

断开时，负载电压u

o

为正。

S 1、S

4

断开，S

2

、S

3

闭合时，负载电压u

o

为负。

(1)电阻性负载

i o与u o形状相同，相位也相同

(2)电感性负载

i o与u o形状如由图所示

S是全控型电力电子器件与整流二极管的反并联

5.3 电压型逆变器

逆变器的分类

◆根据输出相数的不同

➢单相逆变器

➢三相逆变器

◆根据直流侧电源性质的不同

➢电压型逆变器：直流侧并联电容，具有电压源的特性➢电流型逆变器：直流侧串联电感，具有电流源的特性

5.3.1单相电压型逆变器

电压型逆变器的特点是直流电源接有很大的滤波电容，从逆变器向直流电源看过去电源内阻为很小的电压源，保证直流电压稳定。

1．半桥逆变器

2.全桥逆变器

d

U 3

VT 4

VT o i o

u +

-

3

VD 4

VD L

R

1

VT 2

VT 1

VD 2

VD C d

U 1C 2C 1VT 2

VT o i o

u +

-

1

VD 2VD L

R

2d U 2d U 2个开关管，一个桥臂

4个开关管，两个桥臂

全桥电压型逆变器工作原理

和直流PWM 逆变器具有相同的电路结构。

把VT 1和VT 4作为一对，VT 2和VT 3作为一对，成对的两个开关管同时导通，两对交替各导通180º，右下图开关管的驱动信号波形。

d

U 3

VT 4

VT o i o

u +

-

3

VD 4

VD L

R

1

VT 2

VT 1

VD 2

VD C GE2u O

t GE1

u O t O

t GE4

u O

t

GE3

u VT 1、VT 4驱动信号

VT 2、VT 3驱动信号

区别于直流PWM

⏹输出电压波形

➢t1~t2：VT1、VT4通态，VT2、VT3断态，u o=U d，i o❹

➢t2~t3：关断VT1、VT4，触发VT2、VT3，i o>0，VD2、VD3续流，u

o

=−U d，i o

➢t3：i o=0

➢t3~t4：VT2、VT3通态，u o=−U d，i o反向❹

➢t4：关断VT2、VT3，触发VT1、VT4。

➢t4~t5：i o<0，VD1、VD4续流，u o=U d，u o=U d，i o反向❺

➢t5：i o=0

➢t5~t6：与t1~t2相同。

d

U

3

VT

4

VT

o

i

o

u

+

-

3

VD

4

VD

L

R

1

VT

2

VT

1

VD

2

VD

C

输出电压为矩形

把u o 展开成傅立叶级数为

基波幅值U o1m 和基波有效值U o1为

⎪

⎭⎫ ⎝⎛+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o d

d o1m

27.14U U U ≈=π

d

d

o19.022U U U ≈=π

t

n n

U n ωπ

sin 1

4,5,3,1d ∑

∞

== d U 3

VT 4

VT o i o

u +

-

3

VD 4

VD L

R

1VT 2

VT 1VD 2

VD C 输出电压与U d 相关

1.三相电压型逆变器的结构及工作原理

三相电压型逆变器中，应用最广的是三相桥式逆变器。采用IGBT 作为开关管的三相桥式电压型逆变器如左下图所示，它可以看做是三个半桥电路的合成。

三相桥式逆变器的基本工作方式是180º导电方式，即：同一相上下两个桥臂交替导电，各导通180º；开关管VT 1~VT 6开始导电的相位依次相差60º。如右下图所示。

5

VT 2

VT +

-

5

VD 2

VD Z

1VT 4

VT 1VD 4VD 3VT 6

VT 3

VD 6VD d

U Z Z

u

v

w N d i u

i v

i w

i C

GE4u GE3u GE2u GE1u GE6

u GE5u t ωO

5.3.2 三相电压型逆变器

相邻开关管相差60°

每个开关管导通180°