电力电子技术06第4章无源逆变电路精品PPT课件
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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)
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
逆变电路工作原理ppt课件
行
04
设计与实现过程剖析
主电路设计思路
拓扑结构选择
根据应用需求和性能指标，选择合适 的逆变电路拓扑结构，如全桥、半桥 、推挽等。
元器件参数设计
磁性元件设计
针对逆变电路中的磁性元件，如变压 器、电感等，进行详细设计，包括磁 芯材料选择、匝数计算、气隙设置等 。
依据拓扑结构和性能指标，设计合适 的元器件参数，包括功率开关管、二 极管、电感、电容等。
控制策略优化
通过改进控制策略，如采用多电平技术、PWM 控制技术等，可进一步提高输出电压波形的质量 。
系统稳定性增强手段
稳定性分析方法
01
利用状态空间法、频域分析法等方法对逆变电路进行稳定性分
析，找出潜在的不稳定因素。
控制环路设计
02
通过合理设计控制环路，包括电流环、电压环等，确保系统在
不同负载和输入电压条件下均能保持稳定运行。
逆变电路工作原理ppt课件
演讲人： 日期：
目录
• 逆变电路基本概念与分类 • 逆变电路工作原理详解 • 关键器件与参数选择 • 设计与实现过程剖析 • 性能评估与优化措施 • 实验验证与结果分析 • 总结与展望
01逆变电路定义
将直流电能转换为交流电能的电 路。
作用
方波逆变电路将直流电转换为方 波交流电。它采用开关管（如晶 体管或MOSFET）进行高速切换 ，将直流电压逆变为方波电压输
出。
输出波形
方波逆变电路的输出波形为方波 ，具有陡峭的上升沿和下降沿。 方波电压的幅值和频率可以通过 控制开关管的切换速度和直流输
入电压来调节。
应用领域
方波逆变电路常用于一些对波形 要求不高的场合，如低功率照明
控制系统设计思路
04
设计与实现过程剖析
主电路设计思路
拓扑结构选择
根据应用需求和性能指标，选择合适 的逆变电路拓扑结构，如全桥、半桥 、推挽等。
元器件参数设计
磁性元件设计
针对逆变电路中的磁性元件，如变压 器、电感等，进行详细设计，包括磁 芯材料选择、匝数计算、气隙设置等 。
依据拓扑结构和性能指标，设计合适 的元器件参数，包括功率开关管、二 极管、电感、电容等。
控制策略优化
通过改进控制策略，如采用多电平技术、PWM 控制技术等，可进一步提高输出电压波形的质量 。
系统稳定性增强手段
稳定性分析方法
01
利用状态空间法、频域分析法等方法对逆变电路进行稳定性分
析，找出潜在的不稳定因素。
控制环路设计
02
通过合理设计控制环路，包括电流环、电压环等，确保系统在
不同负载和输入电压条件下均能保持稳定运行。
逆变电路工作原理ppt课件
演讲人： 日期：
目录
• 逆变电路基本概念与分类 • 逆变电路工作原理详解 • 关键器件与参数选择 • 设计与实现过程剖析 • 性能评估与优化措施 • 实验验证与结果分析 • 总结与展望
01逆变电路定义
将直流电能转换为交流电能的电 路。
作用
方波逆变电路将直流电转换为方 波交流电。它采用开关管（如晶 体管或MOSFET）进行高速切换 ，将直流电压逆变为方波电压输
出。
输出波形
方波逆变电路的输出波形为方波 ，具有陡峭的上升沿和下降沿。 方波电压的幅值和频率可以通过 控制开关管的切换速度和直流输
入电压来调节。
应用领域
方波逆变电路常用于一些对波形 要求不高的场合，如低功率照明
控制系统设计思路
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
《无源逆变电路》课件
无源逆变电路可用于电动汽车充电桩 中，将直流电能转换为交流电能，为 电动汽车充电提供方便。
无源逆变电路的重要性
提高能源利用效率
无源逆变电路能够实现电能的双向转换，提高能源的利用效率， 降低能源浪费。
促进可再生能源利用
无源逆变电路在分布式电源系统中的应用，能够促进可再生能源的 利用，减少对传统能源的依赖。
电流型无源逆变电路
总结词
通过电感或电容储能，利用半导体开关器件进行高速的导通和关断，将直流电能 转换为交流电能。
详细描述
电流型无源逆变电路采用电感或电容作为储能元件，通过半导体开关器件的高速 导通和关断，将直流电能转换为交流电能。其输出电流为矩形波，输出电压为正 弦波。
不同种类无源逆变电路的比较
统的可靠性和稳定性。
选用高质量器件
02
选用高质量的器件，如高品质的电容、电感等，提高系统的可
靠性和稳定性。
加强可靠性设计
03
采用冗余设计、容错设计等可靠性设计方法，提高系统的可靠
性和稳定性。
06
无源逆变电路的发展趋势与展望
高效能与低成本的发展趋势
高效能
随着电力电子技术的不断进步，无源逆 变电路的高效能发展趋势日益明显。通 过优化电路设计、采用先进的控制算法 等手段，不断提高无源逆变电路的能量 转换效率和电能质量，以满足各种应用 场景的需求。
复杂。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的无源逆变电路类型。
03
无源逆变电路的工作过程
电压型无源逆变电路工作过程
01
02
03
04
输入直流电压通过升压斩波电 路提高电压幅值。
提高后的直流电压作为逆变电 路的输入，经过全控开关器件
电力电子技术第四章ppt课件
❖ 主要应用
▪ 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。
❖ 本章主要内容：
▪ 逆变电路的结构和工作原理（单相桥式、三相桥式逆 变电路）
可编辑课件PPT
2
4.1 逆变电路概述
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
▪ 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。
可编辑课件PPT
5
2. 逆变电路的分类 逆变电路的分类 1 —— 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 (并联电容） 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 （串连电感） 路Current Source Type Inverter-VSTI
▪ 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。
2. 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。
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。
a)
o
Um
O
t
-Um
io
O
t3 t1 t 2
t4
t5 t6
t
ON
V1 V 2
2024版《电力电子技术》PPT课件
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
无源逆变和变频PPT课件
半桥式逆变电路的主电路如
S1
VD1
C1 图所示。主电路仍是桥式拓扑
结构，有两个桥臂改为两个电
Uo
容器C1、C2。这两个电容器电
U
Z
容量相等且电容量很大，保证
电路工作时每个电容器两端的
S2
VD2
电压均为电源电压的二分之一。
C2
UO
1
T
[
U
2
dt
2T
U 2 dt
U
2T 0 2
T 2
2
2021/6/13
无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法
同步调制三相PWM波形
分段同步调制 调制频率和载波频率的关系
24
第24页/共26页
2021/6/13
无源逆变电路的控制模式——PWM控制方法
ur asinrt
1 a sin rtD 2
/2
Tc / 2
Tc 2
(1 a sin rtD )
Uoa Z Uob Z
电容滤波
采用电容滤波 直流电源为一电 压源
0
60
120
180
240
300
360
S1
VD2
S2
S3 Uoc Z
S4
S5
S6
UAB U
U
0
-U
-U
0
U
UBC -U
0
U
U
0
-U
-U
UCA 0
-U
-U
0
U
U
0
UAO U/3
2U/3
U/3 -U/3 -2U/3 -U/3
U/3
UBO -2U/3 -U/3 U/3 2U/3 U/3 -U/3 -2U/3
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）：
电力电子技术课件逆变电路
三相负载
对称， 值为零
➢负载中点和电源中点间电压
uNN'
1 3
(uUN'
uVN'
uWN'
)
1 3
(uUN
uVN
uWN )ห้องสมุดไป่ตู้
4-24
三相电压型逆变电路
返回
三相桥电压型逆变电路输出线电压傅里叶级数表达式：
uUV
2
3Ud
sin
t
1 5
sin
5t
1 7
sin
7t
1 11
sin11t
1 13
sin13t
4-14
单相电压型逆变电路
返回
（2） 全桥逆变电路
+
V1
Ud
C
V2
-
V3 VD 1 R io L
uo VD2 V4
VD3 由四个臂构成，
输入端并有一个
VD4 电容。负载接在 上下两组臂之间。
图5-5
图4-7 单相全桥电压型逆变电路
4-15
单相电压型逆变电路
返回
※导电方式一：V1,V4同时通断；V2,V3同时通断。V1,V4与
近性正小弦失波谐。负载）。
4-31
单相电流型逆变电路
返回
2) 工作分析
基本导电方式：1，4同时 通断，2，3同时通断。
Ld A
Id VT1 LT1 io LT2
基波幅值
U o1m
4Ud
sin 2
1.27Ud
sin 2
基波有效值
2 Uo1
2Ud
sin
2
0.9Ud
sin
2
4-20
【学习课件】第4章无源逆变电路工学硕士电力电子技术
（2）根据输出交流电压的性质可分为恒频恒压正弦波逆变电路 和方波逆变电路，变频变压逆变电路，高频脉冲电压（电流） 逆变电路。 （3）根据逆变电路结构的不同可分为半桥式、全桥式和推挽式 逆变电路。 （4）根据所用电力电子器件的换流方式不同，可分为自关断、 强迫关断、电网换流（有源逆变电路）、负载谐振换流逆变电 路等。
（2）给逆变电路供电的为理想直流电压源，直流侧电压无脉
动且不受负载影响；
（3）负载为理想负载， 变压器和电抗器无直流 内阻、铁心不饱和。 直流侧大电容分压，且 CO1=CO2 ，控制信号互
补，即ug1>0时,ug2=0 ； ug2>0时， ug1=0 。
＋。
Ud
Ud 2
Ud
。2
－
ug1
ug 2
uo Ud
逆变电路输出交流电波形除基波外总含有谐波。
1．谐波系数HF（Harmonic factor）
H Fn
Un U1
2．总谐波系数THD（Total harmonic distortion factor）
THD 1
U1
1
(
Un2)2
n2,3,4,…
3．畸变系数DF（Distortion factor）
ULnnLU nn 1Cn 1Cn22 U LnC1
基波幅值
UAO1ｍ ＝2U ｄ0.637Ud
基波有效值
UAO1ｍ＝2U 2ｄ0.45Ud
负载相电压的有效值 UAO 21 02uA 2Od(t)0.472Ud
线电压基波幅值 线电压基波有效值
负载线电压有效值
UAB1m 3UAO 1m1.1Ud
UAB1
UAB1m 2
0.78Ud
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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：
Ud
R → VD1 → C → VD4 → L 。
第4章 无源逆变电路
4.1 概 述 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 4.4 谐振型逆变电路 4.5 多重化与多电平逆变电路*
1
4.1 概 述
4.1.1 换流方式 4.1.2 逆变器的分类
2
4.1.1 换流方式
（1）换流过程
电流在不同支路中的转移，称为换流，又称换相。 换流过程就是器件通态与断态间的转换过程。 全控器件开通与关断相对简单，而半控器件的关断必
③ 负载换流：当负载电流超前于电压，即可实现半控器 件的换流。
显然，此时负载需要呈容性。具体换流过程将在 谐振型逆变电路中介绍。
④ 强迫换流：采用附加电路给欲关断的晶闸管施加反向 电压或反向电流，强迫使其关断。
通常利用电容储能加以实现，故又称电容换流。
具体分直接耦合和电感耦合两种方式。
4
4.1.1 换流方式
（2）变频种类
交─交变频（直接变频）：若使用晶闸管可以利用电 网换流。
交─直─交变频（间接变频）：若使用晶闸管必须采 用负载换流或强迫换流。
7
4.1.2 逆变器的分类
（3）直─交变频简单工作原理
当开关器件S1、S4与S2、 S3交替轮流通断，负载可获 得正、负方波电压。
S1
S3
Ud
i0 Z
S2 u0
型。 按电路结构分：半桥型与全桥型。 按直流侧电源性质分：
电压源型：交─直─交变频器的直流环节并有大 电容，呈低阻恒压特性。
电流源型：交─直─交变频器的直流环节串有大 电感，呈高阻恒流特性。
9
4.2 电压型逆变电路
4.2.1 单相半桥型逆变电路 4.2.2 单相全桥型逆变电路 4.2.3 三相电压型逆变电路 4.2.4 电压型逆变电路的特点
S4
输出方波电压的频率：由开关 u0
器件的切换频率决定。
Ud
输出方波电压的幅值：由直流
t
侧电压决定。
0
而直流侧电压的高低：可由相 控整流或直流斩波实现。
Ud
特别注意：决不允许S1与S2或 S3与S4同时导通。
阻感负载时的负载电流较为复杂。
8
4.1.2 逆变器的分类
（4）逆变器的分类
按交流侧相数分：单相与三相。 按换流方式分：器件换流型、负载换流型与强迫换流
（2）换流种类
④ 强迫换流： 直接耦合式（又称为电压换流）
S
VT
C 电容预充电为上“负”
下“正”。
当S闭合后使VT承受反
Z
压而关断。
5
4.1.1 换流方式
（2）换流种类
④ 强迫换流： 电感耦合式（又称为电流换流）
S
C VD VT
L
Z
电容预充电为上“正”下 “负”的情况请自行分析
电容预充电为上“负”下 “正”。
分析中需特别注意VD的作用。 11
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（2）工作原理
t1<t<t2：V1通而V2断，i0>0 。
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
Ud
t = t2：V1断而V2“虚”通； 即V2两端电压虽然为零，但是其
Ud 2
C
u0
V2
VD2
中没有通过电流。
t2<t<t3：L作用i0>0 ，VD2续 u o i o
10
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（1）分量足够大，可
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
维持电压恒定。 Ud
V1与V2为全控型 器件，并且交替
Ud 2
C
u0
V2
VD2
导通，二者互补。
不计管压降。
请注意：半桥逆变电路是组 成其它逆变电路的基本单元
2
仅为直流电压的一半，
t
并且还需考虑电容分
压的均衡性。
t1 t2 t4
t6
t3
t5
15
4.2.2 单相全桥型逆变电路
（1）工作原理
V1
Ud
C
V2
V3 VD1
R i0 L
VD2 u0
V4
V1和V4与V2和V3交替导 通，二者互补，两两导通角为 VD3 180°。
当输出电流为正时，由 VD2与VD3续流，电流通路为：
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
V1两端电压虽然为零，但是其中 Ud
没有通过电流。
Ud 2
C
u0
V2
VD2
t4<t<t5：L作用i0<0 ，VD1续 流（通路：L→VD1→上C→R）。u o i o
t = t5： i0 = 0 ，VD1截止，V1
Ud
准备通流， i0准备开始反相；
2
t5<t<t6：V2断而V1 “真” 通，
须利用外部自然条件，或者采取专门的措施。 可见，研究换流问题主要是研究如何使器件有效且可
靠的关断。
3
4.1.1 换流方式
（2）换流种类
① 器件换流：利用全控器件的自关断能力实现换流。
② 电网换流：利用交流电网电压的自然变化实现换流。
例如可控整流、有源逆变、交流调压以及交─交 变频中使用的晶闸管。
流（通路：L→R→下C→VD2）。
Ud
t = t3：i0 = 0 ，VD2截止，V2
2
准备通流， i0准备开始反相；
t
t3<t<t4：V1断而V2 “真” 通， 电流反相，i0<0。
t1
t2 t4
t3
t5
t6
12
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（2）工作原理
t = t4：V2断而V1“虚”通；即
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：
Ud
R → VD1 → C → VD4 → L 。
第4章 无源逆变电路
4.1 概 述 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 4.4 谐振型逆变电路 4.5 多重化与多电平逆变电路*
1
4.1 概 述
4.1.1 换流方式 4.1.2 逆变器的分类
2
4.1.1 换流方式
（1）换流过程
电流在不同支路中的转移，称为换流，又称换相。 换流过程就是器件通态与断态间的转换过程。 全控器件开通与关断相对简单，而半控器件的关断必
③ 负载换流：当负载电流超前于电压，即可实现半控器 件的换流。
显然，此时负载需要呈容性。具体换流过程将在 谐振型逆变电路中介绍。
④ 强迫换流：采用附加电路给欲关断的晶闸管施加反向 电压或反向电流，强迫使其关断。
通常利用电容储能加以实现，故又称电容换流。
具体分直接耦合和电感耦合两种方式。
4
4.1.1 换流方式
（2）变频种类
交─交变频（直接变频）：若使用晶闸管可以利用电 网换流。
交─直─交变频（间接变频）：若使用晶闸管必须采 用负载换流或强迫换流。
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4.1.2 逆变器的分类
（3）直─交变频简单工作原理
当开关器件S1、S4与S2、 S3交替轮流通断，负载可获 得正、负方波电压。
S1
S3
Ud
i0 Z
S2 u0
型。 按电路结构分：半桥型与全桥型。 按直流侧电源性质分：
电压源型：交─直─交变频器的直流环节并有大 电容，呈低阻恒压特性。
电流源型：交─直─交变频器的直流环节串有大 电感，呈高阻恒流特性。
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4.2 电压型逆变电路
4.2.1 单相半桥型逆变电路 4.2.2 单相全桥型逆变电路 4.2.3 三相电压型逆变电路 4.2.4 电压型逆变电路的特点
S4
输出方波电压的频率：由开关 u0
器件的切换频率决定。
Ud
输出方波电压的幅值：由直流
t
侧电压决定。
0
而直流侧电压的高低：可由相 控整流或直流斩波实现。
Ud
特别注意：决不允许S1与S2或 S3与S4同时导通。
阻感负载时的负载电流较为复杂。
8
4.1.2 逆变器的分类
（4）逆变器的分类
按交流侧相数分：单相与三相。 按换流方式分：器件换流型、负载换流型与强迫换流
（2）换流种类
④ 强迫换流： 直接耦合式（又称为电压换流）
S
VT
C 电容预充电为上“负”
下“正”。
当S闭合后使VT承受反
Z
压而关断。
5
4.1.1 换流方式
（2）换流种类
④ 强迫换流： 电感耦合式（又称为电流换流）
S
C VD VT
L
Z
电容预充电为上“正”下 “负”的情况请自行分析
电容预充电为上“负”下 “正”。
分析中需特别注意VD的作用。 11
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（2）工作原理
t1<t<t2：V1通而V2断，i0>0 。
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
Ud
t = t2：V1断而V2“虚”通； 即V2两端电压虽然为零，但是其
Ud 2
C
u0
V2
VD2
中没有通过电流。
t2<t<t3：L作用i0>0 ，VD2续 u o i o
10
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（1）分量足够大，可
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
维持电压恒定。 Ud
V1与V2为全控型 器件，并且交替
Ud 2
C
u0
V2
VD2
导通，二者互补。
不计管压降。
请注意：半桥逆变电路是组 成其它逆变电路的基本单元
2
仅为直流电压的一半，
t
并且还需考虑电容分
压的均衡性。
t1 t2 t4
t6
t3
t5
15
4.2.2 单相全桥型逆变电路
（1）工作原理
V1
Ud
C
V2
V3 VD1
R i0 L
VD2 u0
V4
V1和V4与V2和V3交替导 通，二者互补，两两导通角为 VD3 180°。
当输出电流为正时，由 VD2与VD3续流，电流通路为：
Ud 2
C
i0 R
V1
L
VD1
V1两端电压虽然为零，但是其中 Ud
没有通过电流。
Ud 2
C
u0
V2
VD2
t4<t<t5：L作用i0<0 ，VD1续 流（通路：L→VD1→上C→R）。u o i o
t = t5： i0 = 0 ，VD1截止，V1
Ud
准备通流， i0准备开始反相；
2
t5<t<t6：V2断而V1 “真” 通，
须利用外部自然条件，或者采取专门的措施。 可见，研究换流问题主要是研究如何使器件有效且可
靠的关断。
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4.1.1 换流方式
（2）换流种类
① 器件换流：利用全控器件的自关断能力实现换流。
② 电网换流：利用交流电网电压的自然变化实现换流。
例如可控整流、有源逆变、交流调压以及交─交 变频中使用的晶闸管。
流（通路：L→R→下C→VD2）。
Ud
t = t3：i0 = 0 ，VD2截止，V2
2
准备通流， i0准备开始反相；
t
t3<t<t4：V1断而V2 “真” 通， 电流反相，i0<0。
t1
t2 t4
t3
t5
t6
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4.2.1 单相半桥型逆变电路
（2）工作原理
t = t4：V2断而V1“虚”通；即