整流逆变SPWM

㈡ 逆变电路的分类
无源逆变电路 根据直流侧电源性质的不同分为两类
① 电压型逆变电路 直流侧为电压源或并联大电容， 直流侧电压ud基本没有脉动。 输出电压u0波形为矩形波， 输出电流i0因负载阻抗不同而不同。 单相电压型全桥逆变电路 ②电流型逆变电路 直流侧为电流源或串联大电感， 直流侧电流id基本没有脉动。 输出电流i0波形接近矩形波， 输出电压u0波形接近正弦波。 单相电流型全桥逆变电路
无源逆变电路 ㈡ 逆变电路的分类
三种电压型逆变电路 直流侧为电压源或并联大电容， 直流侧电压ud基本没有脉动。 输出电压u0波形为矩形波， 输出电流i0因负载阻抗不同而不同。 单相电压型全桥逆变电路
单相电压型半桥逆变电路
三相电压型全桥逆变电路
无源逆变电路 ㈣ 电压型全桥逆变电路的工作原理 ⑶ PWM变频调压方式
三相全控桥：
负载 电阻性
60
输出整流电压波形
输出直流电流波形
电感性
60
反电动势阻 感
60
三相全控桥
负载 电阻性 晶闸管VT1的电流波形
60
晶闸管VT1的电压波形 分为电流连续（60） 和断续（>60）两种情 况，具体波形参见课件
电感性
60


三相串联电感式电压型变频器逆变部分主电路
该逆变器的6个晶闸管按一定的导通规则通断，将滤波电 容Cd 送来的直流电压 Ud 逆变成频率可调的交流电。调压 靠前级的可控整流电路完成。
VD1
VT1
RU
C1 L1 L4
U
VD3
VT3
C3 L3 V L6 VT6 C6
VD5
VT5
C5
RW
Ud
+
Cd
VD 4
有源逆变电路 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变， 其电路形式未变，只是电路工作条件转变。 既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。 产生有源逆变的两个条件： ① 有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致， 其值大于变流器直流侧平均电压； ② 晶闸管的控制角 > /2，使Ud为负值。 实现有源逆变，只能采用全控电路。半控桥或有续流二 极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许 直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。 逆变和整流的区别：控制角 不同 0 < < /2 时，电路工作在整流状态 /2 < < 时，电路工作在逆变状态
三相桥式全控整流电路
自然 换相点
晶闸管及 输出整流电压 的情况 时 段 I II III IV V VI
共阴极组中导通的晶闸管
共阳极组中导通的晶闸管
VT1
VT6 ua -ub =uab
VT1
VT2 ua -uc =uac
VT3
VT2 ub -uc =ubc
VT3
VT4 ub -ua =uba
VT5
2.34U2 cos
Ud R Ud E R
0 ~ 90
120
2.34U2 cos
ห้องสมุดไป่ตู้
0 ~ 90
120
三相全控桥：
负载 晶闸管 晶闸管电流有效值IVT 电流平 均值IdVT
1 Id 3 1 Id 3 1 Id 3
晶闸管承受 的最大正向 电压
晶闸管 承受的 最大反 向电压
6U2 6U2 6U2
共阴极组中导通 的晶闸管 共阳极组中导通 的晶闸管 整流输出电压ud
VT6
VT2
VT2
VT4
VT4
VT6
ua-ub =uab
ua-uc =uac
ub-uc =ubc
ub-ua =uba
uc-ua =uca
uc-ub =ucb
请参照图2－18
三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路的特点
（1）2管同时通形成供电回路，其中 共阴极组和共阳极组各1，且不 能为同1相器件。
UV ZU ZV
Ud ZW
V
Ud ZV ZU Z W U W
V W ZV ZW
Ud ZU
W
Ud ZW ZV ZU V U
V
u U0
Ud / 3
WV
W
U
（5）输出相电压
U U0 UV 0 Z U // Z W 1 Ud Ud Z U // Z W Z V 3 ZV 2 U d Ud Z U // Z W Z V 3 1 Ud 3
RV
VT4
C4
VD 6
VD 2
L5 W L2 VT2 C2
ZU
0
ZV
ZW
（2）晶闸管导通规则及输出波形分析

逆变器中6个晶闸管的导通顺序为 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1，各晶闸管的触 发间隔为60°。电压型逆变器通常采用180°导电型，即 每个晶闸管导通180°电角度后被关断，由同相的另一个 晶闸管换流导通。每组晶闸管导电间隔为120°。按照每
负载 输出整流电压Ud 输出直流 平均电流 Id
Ud R
晶闸管的 移相范围
晶闸管 的导通 角
120
电阻 性
60 时
2.34U 2 cos
60 时
2.34U 2
0 ~ 120
1 cos( 3 )
120
阻感 性 反电 动势 阻感
VT1
Ud
VT4
VT3 VT5
4.4.3 三相桥式逆变 电路
U
iU
VD1
V
VT6
iV
VD3
W
VT2
VD 6
iW
VD5
VD 4
VD 2
2、180度导电型的交-直-交电压型变频器
（1）主电路组成 变频器的主电路由整流器、中间滤波电容及晶闸管逆变器 组成，下图是串联电感式电压型变频器逆变部分的电路， 图中只画出了电容滤波器及晶闸管逆变器部分。整流器可 采 用 单 相 或 三 相 整 流 电 路 。 Cd 为 滤 波 电 容 ， 逆 变 器 中 VT1~VT6 为主晶闸管，VD1~VD6 为反馈二极管，提供续流 回 路 ， RU 、 RV 、 RW 为 衰 减 电 阻 ， L1~L6 为 换 流 电 感 ， C1~C6为换流电容，ZU、ZV、ZW为变频器的三相对称负载。
三相桥式全控整流电路的特点
（3）ud 一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该 电路为6脉波整流电路。 （4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常 用） (5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管 承受最大正、反向电压的关系也相同。
三相全控桥：
（2）对触发脉冲的要求：
按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。 共阴极组VT1 、VT3 、VT5 的脉冲依次差120，共阳极 组VT4、VT6、VT2也依次差120。 同一相的上下两个桥臂，即VT1 与VT4 ，VT3 与VT6 ， VT5与VT2，脉冲相差180。
反电动势阻 感
60
逆变器工作是整流器工作的逆过程，把直流电变成交流电。 逆变器分有源逆变器和无源逆变器： 有源逆变——交流侧和电网连结。 有源逆变器主要用于直流电动机的可逆调速等场合。 无源逆变——交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 无源逆变器用作变频器，主要用于交流电动机变频调速系统， 为实现既可调频又能调压的目的，逆变器必须进行电压控制， 控制电压可以从逆变器的外部或内部进行， 改变直流输入电压是从外部进行控制， 而脉宽控制和脉宽调制则是从逆变器内部进行的。 在逆变器中为了能使晶闸管关断， 一般要设置专门环节进行强迫关断和换流。
导通
╳
导通
导通
导通
导通
╳
╳
╳
╳
VT3
VT4
╳
╳
╳
╳
导通
╳
导通
导通
导通
导通
╳
导通
VT5
VT6
导通
导通
╳
导通
╳
╳
╳
╳
导通
╳
导通
导通
（4）每个60°区间内的负载等效电路
00
600
1200
1800
2400
300 0
3600
VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6
W U ZW ZU
Ud ZV
U
Ud ZW ZU ZV



在需要大功率变换或负载要求三相电源时，可采用三相桥式 逆变电路，其主电路比单相全桥逆变电路多了一条桥臂。电 压型三相桥式逆变电路如下图所示，当对波形有较高要求时， 可采用PWM控制方法，以抑制较大的高次谐波。 三相桥式逆变电路主要有180°导电型的交-直-交电压型和 120°导电型的交-直-交电流型变频器，下面以讨论晶闸管 交-直-交变频器为主。
三相桥式全控整流电路
共阴极组——阴极连接 在一起的3个晶闸管 VT1，VT3，VT5
三相桥 是应用最广泛的 整流电路
共阳极组——阳极连 接在一起的3个晶闸管 VT4，VT6，VT2
三相桥式全控整流 电路原理图
每一时段2个晶闸管 同时导通 形成供电 回路， 其中共阴极组 和共阳极组各1管， 且不能为同一相器件； 6管脉冲相位依次相差60，顺序：
UW 0 UU 0
（6）输出线电压
U UV U U 0 UV 0 U d UVW UV 0 U W 0 U d U WU U W 0 U U 0 0
（7）60°~120°区间的相、线电压值
2 UU 0 U d 3 1 UV 0 U d 3 1 UW 0 U d 3
VT4 uc -ua =uca
VT5
VT6 uc -ub =ucb
整流输出电压ud
三相桥式全控整流电路的特点
（1）2管同时通形成供电回路，其中 共阴极组和共阳极组各1，且不 能为同1相器件。
（2）对触发脉冲的要求：
按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。 共阴极组VT1 、VT3 、VT5 的脉冲依次差120，共阳极 组VT4、VT6、VT2也依次差120。 同一相的上下两个桥臂，即VT1 与VT4 ，VT3 与VT6 ， VT5与VT2，脉冲相差180。
个晶闸管触发间隔为60°，触发导通后维持180°才被关
断的特征(180°导电型)，可以得到6个晶闸管在360°区 间里的导通情况，如下表所示。
（3）逆变器中晶闸管的导通情况（180°电压型）
晶闸管 区间
00~60 ~120 ~180
0 0 0
~24 ~300 ~360 0 0 00 ╳
导通
VT1
VT2
电阻负载时 电流i0和电压u0的波形 相同，相位也相同。 阻感负载时 电流i0和电压u0的波形 不同，i0相位滞后于u0 。
可改变输出
交流电频率。
无源逆变电路 ㈠ 基本工作原理 以单相桥式逆变电路为例
S1、S4 闭合 S2、S3 断开 负载电压 u0为正
S1、S4 断开 S2、S3 闭合 负载电压 u0为负
U UV U d U VW 0 U WU U d

PWM即脉宽调制， 就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制， 来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值)。 PWM控制的思想源于通信技术， 全控型器件的发展使得实现PWM控制变得十分容易。


PWM技术的应用十分广泛，可以用于： 逆变电路；直流斩波电路；交流-交流变流电路；整流电路。
PWM技术的应用使电力电子装置的性能大大提高， 因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。
有源逆变电路
0 < < /2 整流状态
单相全波电路的 整流和逆变
/2 < <
逆变状态
无源逆变电路 ㈠ 基本工作原理 直流电 逆变电路 最基本的 工作原理 以单相桥式逆变电路为例 交流电
u0
i0 t 1 t2 t
改变
两组开关 切换频率，
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
2.2.2
三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路的特点
（3）ud 一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该 电路为6脉波整流电路。 （4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常 用） (5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管 承受最大正、反向电压的关系也相同。
uG1 uG2 uG3 uG4 uG5 uG6
ωt
ωt ωt ωt ωt ωt
VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT 共阴极组 共阳极组 1 保证同时导通的
2.2.2
时 段
三相桥式全控整流电路
I VT1 II VT1 III VT3 IV VT3 V VT5 VI VT5
晶闸管及输出整流电压的情况如表2－1所示
电阻性
电感性
参见课件
1 Id 3 1 Id 3
6U2
6U2 6U2
反电动 势阻感
三相全控桥：
负载 变压器二次相电流有 效值I2
2IVT
2 Id 3
2 Id 3
输出有功功率P
视在功 率
3U2 I 2
电阻性 电感性 反电动 势阻感
UI
Ud Id
2 Ud I d I d R I d E
3U2 I 2 3U2 I 2