无源逆变电路
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无源逆变
自换流逆变电路 外部换流逆变电路 熄灭 采用自换流方式逆变的电路 采用外部换流方式逆变的电路
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
5.3 负载换流逆变电路
• 由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构 成RLC回路，当电路满足谐振条件时，这类逆 变电路称为负载谐振式逆变电路，或简称谐振 式逆变器。 •根据换流电容和负载的连接方式不同可分为： •并联谐振式逆变器 •串联谐振式逆变器两种。
单相桥式整流
如何实现逆变？
整流
u2正半周， VT1和VT4通 u2负半周， VT2和VT3通
如何实现逆变？
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。
uo
Ud
S1 S i o 负载 3
i o t 1 t 2
1) 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。
u u
u
u
A
A
VT
1
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。
u
uo Um O -U m i o O t t 1 2
V1
a)
t
t3 t 4
t t 5 6
V2 V1 V2
2
t
2
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
5.3 负载换流逆变电路
• 由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构 成RLC回路，当电路满足谐振条件时，这类逆 变电路称为负载谐振式逆变电路，或简称谐振 式逆变器。 •根据换流电容和负载的连接方式不同可分为： •并联谐振式逆变器 •串联谐振式逆变器两种。
单相桥式整流
如何实现逆变？
整流
u2正半周， VT1和VT4通 u2负半周， VT2和VT3通
如何实现逆变？
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。
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S1 S i o 负载 3
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1) 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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1
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。
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无源逆变电路ppt课件
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。
u
a)
o
Um
O
t
-Um
io
O
t3 t1 t2
t4
t5 t6
t
ON V1 V2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
图5－6 单相半桥电压型逆变
阻感负载时，还可采 用移相得方式来调节 输出电压－移相调压。
V3的基极信号比V1落后q
uG1
a)
（0＜ q ＜180 °）。V3、
O u G2
t
V4的栅极信号分别比V2、
V1的前移180°－q。输 出电压是正负各为q的脉
O
u G3 ? O
u G4
t t
冲。
O
t
改变q就可调节输出电压。
u o
io
io
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-VSTI
8.2 电压型逆变电路
2）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)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
(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。
与全桥电路的比较：
比全桥电路少用一半开关器件。 器必件须承有受一的个电变压 压为 器2。Ud，比全桥电路高 一倍。
8.2.2 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 应用最广的是三相桥式逆变电路
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。
u
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ON V1 V2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
图5－6 单相半桥电压型逆变
阻感负载时，还可采 用移相得方式来调节 输出电压－移相调压。
V3的基极信号比V1落后q
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（0＜ q ＜180 °）。V3、
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V4的栅极信号分别比V2、
V1的前移180°－q。输 出电压是正负各为q的脉
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改变q就可调节输出电压。
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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-VSTI
8.2 电压型逆变电路
2）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)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
(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。
与全桥电路的比较：
比全桥电路少用一半开关器件。 器必件须承有受一的个电变压 压为 器2。Ud，比全桥电路高 一倍。
8.2.2 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 应用最广的是三相桥式逆变电路
无源逆变电路的仿真
无源逆变的基本特点
从总体上讲，逆变电路的功率流向是从直流
侧到交流侧，但在逆变过程中也有从交流侧 到直流侧的过程，即在逆变过程中包含了整 流过程，因此设计逆变器时必须保证它能够 在4个象限工作。 电压型逆变电路的输出波形可能是电压方波， 也可能是PWM波。
单相方波型电压逆变电路的仿真
1、单相方波型电压逆变电路的类型。
返回
单相方波型电压逆变电路
主电路 控制电路1 控制电路2 不可调节的仿真结果
控制电路3 可调节时的仿真 返回
可调节时的仿真结果
主电路的元件
输入直流电压源对应的模板为v_dc，其ref属性值为 vdc，dc_value属性值为300。 输入电容对应的模板为 c ，其 ref 属性值为 cin ，属性 值c为1u。 在设计中放置一个电感，电感值为 10mH ，放置一 个电阻，其阻值为15Ω。 在设计中放置 4只mur1560二极管，该元件为MAST 元件，为 Motorola 公司的产品，其属性值接受默认 值。
PWM的生成
电路
单极性PWM
电路
负载电流、电压及IGBT GE间的波形
电路
电路
电压方波宽度不调节的仿真
由于CLK1、CLK2的周期为20ms，将其脉冲宽度设 置为10ms。(width) 时域瞬态仿真分析的参数：End Time为50m；Start Time 为 0 ； Time Step 为 0.01m ； Start Time 为 0 ； Run DC Analysis First为No，Plot After Analysis为 Yes-Open Only，在Input/Output标签下的参数为： Plot File为tr，Data File为tr，Initial Point File为dc， End Point File 为 tr ，在 Calibration 标签下的参数为： Max Truncation Error 为 0.005 ， Sample Point Density为1，其它参数均采用默认值。
第4章 无源逆变电路
4-25
I om
Ts Ud 4L
4.3.1 单相电压型逆变电路
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， u0=+Ud。 θ≤ωt≤π 期间， i0 为正值， T1 和 T4 才导 通。
π≤ωt≤π+θ 期间， T2 和 T3 有驱动信号，
本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在 本章集中讲述。
4-10
4.2.2 换流方式分类
1) 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。
2) 电网换流（Line Commutation）
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-VSTI
4-17
4.3 电压型逆变电路· 引言
2）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)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
4-15
4.3 电压型逆变电路
4.3.1 单相电压型逆变电路 4.3.2 三相电压型逆变电路
4-16
4.3 电压型逆变电路· 引言
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
电感耦合式强迫换流
先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管使其 加上反向电压。 也叫电流换流。
I om
Ts Ud 4L
4.3.1 单相电压型逆变电路
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， u0=+Ud。 θ≤ωt≤π 期间， i0 为正值， T1 和 T4 才导 通。
π≤ωt≤π+θ 期间， T2 和 T3 有驱动信号，
本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在 本章集中讲述。
4-10
4.2.2 换流方式分类
1) 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。
2) 电网换流（Line Commutation）
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-VSTI
4-17
4.3 电压型逆变电路· 引言
2）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)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
4-15
4.3 电压型逆变电路
4.3.1 单相电压型逆变电路 4.3.2 三相电压型逆变电路
4-16
4.3 电压型逆变电路· 引言
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
电感耦合式强迫换流
先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管使其 加上反向电压。 也叫电流换流。
《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
无源逆变电路
u
o
U
m
+
V
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t
U
1
d
VD
1
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V2
2
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VD
2
V1 VD
1
V VD
2
2
V1 VD
1
V
2
VD
a)
• V1或V2通时，负载电流io和电压uo同方向，直流侧向负载提供能量 • VD1或VD2通时，io和uo反向，负载电感中贮藏的能量向直流侧反馈
V4
VD 4
-
t3时刻V3和V4栅极信号再 次反向， V3截止， V4不能
34
V4
VD 4
-
+
V1 Ud C V2 VD1 R io L uo VD 2 V3 VD 3
t1时刻前V1和V4导通，输出电 压uo为ud t1时刻V3和V4栅极信号反向， V4截止，因io不能突变，V3不能 立即导通，VD3导通续流，因V1 和VD3同时导通，所以输出电压
V4
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u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O io t1 t2 t3 uo
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V VD
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t
任务五 逆变电路
重 物 放 下
Id的方向：从E的正极流出，从Ud的正 极流入，电流方向未变。 显然，这时电动机为发电状态运行， 对外输出电能，变流器则吸收上述能量 并回馈到交流电网，此时的电路进入到 图4-2 全波相控电路的整流与有源逆变 有源逆变工作状态。
子任务1 有源逆变电路
由图4-2中波形可见，电路工作在逆变时的直流电压可由积分来求 得
这种直流电动势源可以是直流电动机的电枢电动势，也可以是蓄电池电动势。它 是使电能从变流器的直流侧回馈交流电网的源泉，其数值应稍大于变流器直流侧 输出的直流平均电压Ud。
（2）内部条件：要求变流器中晶闸管的控制角α>π/2，这样才能 使变流器直流侧输出一个负的平均电压，以实现直流电源的能量 向交流电网的流转。
电压型
电压型逆变电路的输入 端并接有大电容，输入 直流电源为恒压源，逆 变电路将直流电压变换 成交流电压
电流型
电流型逆变电路的输入端 串接有大电感，输入直流 电源为恒流源，逆变电路 将输入的直流电流变换为 交流电流输出
子任务2 无源逆变电路
（2）根据电路的结构特点分类
①半桥式逆变电路 ②全桥式逆变电路 ③推挽式逆变电路
上述两个条件必须同时具备才能实现有源逆变。必须指出，对于半控桥 或者带有续流二极管的可控整流电路，因为它们在任何情况下均不可能 输出负电压，也不允许直流侧出现反极性的直流电动势，所以不能实现 有源逆变。为了保证电流连续，逆变电路中一定要串接大电感。
子任务1 有源逆变电路
从上面的分析可见，整流和逆变、直流和交流在交流电路中相互联 系并在一定条件下可相互转换。同一个变流器既可工作在整流状态 又可工作在逆变状态，其关键是电路的内部与外部条件不同。但是 半控桥或带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。欲实现 有源逆变，只能采用全控电路。
单相桥式无源逆变电路
黄石理工学院课程设计绪论电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT 等）对电能进行变换和控制的技术。
电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW 甚至GW，也可以小到数W 甚至1W 以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
此技术的应用已深入到国家经济建设，交通运输，空间技术，国防现代化，医疗，环保和人们日常生活的各个领域。
进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。
以计算机为核心的信息科学将是21 世纪起主导作用的科学技术之一，有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学的两大支柱。
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。
具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
通常把电力电子技术分为电力电子制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。
其中，变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。
“变流”不仅指交直流之间的交换，也包括直流变直流和交流变交流的变换。
将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，本课程设计主要介绍单相桥式无源逆变电路。
1 逆变器的性能指标与分类1.1 有源逆变的基本定义及其应用如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去。
它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方面。
1.2 无源逆变电路的基本定义及应用无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。
它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。
1.3 逆变器的性能指标1.3.1 谐波系数HF谐波系数HF 定义为谐波分量有效值同基波分量有致值之比，即U HF =nU1（1-1）式中n=1、2、3…，表示谐波次数，n=1 时为基波。
第5章 无源逆变电路
• 二、串联谐振式逆变电路 • 1.电路组成 • 在逆变电路的直流侧并联一个大电容C，用电容储能来缓冲电 源和负载之间的无功功率传输。从直流输出端看，电源因并联大 电容，其等效阻抗变得很小，大电容又使电源电压Ud稳定，从而 使逆变电路输出电压接近双极性矩形波，这种逆变电路又被称为 电压型逆变电路。 • 图5一11给出了串联谐振式逆变电路的主电路，主要用于淬火、 热加工等场合。
•
• 第一节 无源逆变的基本工作原理
一、逆变电路工作原理 • 逆变电路种类较多，根据变频的过程可分为两大类，一类为 交一交变频，另一类为交一直一交变频，下面以单相逆变电路为 例来阐述其工作原理。 • 1.单相交一直一交变频电路 •
•
图5-1 单相输出交——直——交变频电路 （a）电路；（b）输出电压波形
• 一、并联谐振式逆变电路 • 1.电路组成 • 图5一8所示电路即为并联谐振逆变电路的主电路， 一般多用于金属的熔炼、淬火及透热的中频加热电源。
图5-8 并联谐振式逆变电路
图5-9 逆变器的换流过程 （a）VT1、VT4导通；（b）换相；（c）VT2、VT3导通
图5-10 并联谐振式逆变电路 工作波形
• 第二节谐振式逆变电路
•
在晶闸管逆变电路中，晶闸管的换相方式有以下三种: 器件换相、负载换相和强迫换相。其中负载换相方式是利用负载 电流相位超前电压的特点来实现换相的，即利用负载电路的谐振 来实现换相，这种电路称为谐振式逆变电路。由于谐振式逆变电 路不用附加专门的换流电路，因此应用较为广泛。 • 如果换相电容与负载并联，换相是基于并联谐振的原理， 则称为并联谐振式逆变电路;它广泛应用于金属冶炼、加热、中 频淬火等场合。如果换相电容与负载串联，换相是基于串联谐振 原理，则称为串联谐振式逆变电路，适用于高频悴火、弯管等场 合。 •
(完整word版)电力电子课程设计_IGBT单相电压型全桥无源逆变电路(阻感负载)
1 引言本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计（阻感负载），根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。
当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。
2 工作原理概论2. 1 IGBT的简述绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。
它是一种典型的全控器件。
它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。
现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。
IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。
它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。
其等效电路和电气符号如下：图2-1 IGBT等效电路和电气图形符号它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压所决定的。
当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。
由于前面提到的电导调制效应，使得电阻减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。
当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的积极电流被切断，使得IGBT关断。
2.2电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。
电压型逆变电路有以下特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。
当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
第5章-无源逆变电路
图5-3 直接耦合式强迫换流原理图 图5-4 电感耦合式强迫换流原理图
5.1.3 逆变电路的其他分类方式
(1)根据输入直流电源特点分 类
(2)根据电路的结构特点分类 ①半桥式逆变电路；
① 电压型：
②全桥式逆变电路；
电压型逆变器的输入端并接 有大电容，输入直流电源为 恒压源，逆变器将直流电压 变换成交流电压。
(3)当交流侧为电感性负载时需提供无功功率，直流侧电容起 缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈能量提供 通道，各逆变臂都并联了续流二极管。
(4)逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流 电压无脉动，故功率的脉动是由直流电流的脉动来体现的。
(5)当逆变电路用于交-直-交变频器且负载为电动机时，如果 电动机工作在再生制动状态，就必须向交流电源反馈能量。 因直流侧电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方 向来实现，这就需要给交-直整流桥再反并联一套逆变桥，或 在整流侧采用四象限脉冲变流器。
t
式中，为电路的工作角频率。
(5-6)
3．中频电流、电压和输出功率的计算
忽略换相重叠时间t，则中频负载电流io为交变矩形波， 用傅氏级数展开得
io
4Id
s in t
1 3
sin
3t
1 5
sin 5t
上式中基波电流有效值为
(5-7)
I o1
22
Id
0.9 I d
(5-8)
忽略逆变电路的功率损耗，则逆变电路输入的有功功率即直 流功率等于输出的基波功率(高次谐波不产生有功功率)，即
第5章无源逆变电路
• 5.1无源逆变电路的工作原理 • 5.2电压型逆变电路 • 5.3电流型逆变电路 • 5.4多重逆变器和多电平逆变器 • 5.5脉宽调制型逆变器 • 5.6 无源逆变电路的应用
5.1.3 逆变电路的其他分类方式
(1)根据输入直流电源特点分 类
(2)根据电路的结构特点分类 ①半桥式逆变电路；
① 电压型：
②全桥式逆变电路；
电压型逆变器的输入端并接 有大电容，输入直流电源为 恒压源，逆变器将直流电压 变换成交流电压。
(3)当交流侧为电感性负载时需提供无功功率，直流侧电容起 缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈能量提供 通道，各逆变臂都并联了续流二极管。
(4)逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流 电压无脉动，故功率的脉动是由直流电流的脉动来体现的。
(5)当逆变电路用于交-直-交变频器且负载为电动机时，如果 电动机工作在再生制动状态，就必须向交流电源反馈能量。 因直流侧电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方 向来实现，这就需要给交-直整流桥再反并联一套逆变桥，或 在整流侧采用四象限脉冲变流器。
t
式中，为电路的工作角频率。
(5-6)
3．中频电流、电压和输出功率的计算
忽略换相重叠时间t，则中频负载电流io为交变矩形波， 用傅氏级数展开得
io
4Id
s in t
1 3
sin
3t
1 5
sin 5t
上式中基波电流有效值为
(5-7)
I o1
22
Id
0.9 I d
(5-8)
忽略逆变电路的功率损耗，则逆变电路输入的有功功率即直 流功率等于输出的基波功率(高次谐波不产生有功功率)，即
第5章无源逆变电路
• 5.1无源逆变电路的工作原理 • 5.2电压型逆变电路 • 5.3电流型逆变电路 • 5.4多重逆变器和多电平逆变器 • 5.5脉宽调制型逆变器 • 5.6 无源逆变电路的应用
4.2 无源逆变及其应用new
tt Nhomakorabea?
t t
①
②
io
①
t3
uo
②
t 1 t2
t
b)
5-21
电压型单相全桥逆变电路
u0
驱动 T1、T4
O
驱动 T1、T4 驱动 T2、T3
t
i0
O
（b）负载电压
R 负载 （c）电阻负载电流波形
t
D1 T1 ① R L T3
D3 ②
i0
Ts/4
O
3Ts/4
Ud
i0
A
①
Ts/2
②
①
Ts
t
② L 负载
u0
4.2 无源逆变及其应用• 引言
现代逆变系统的基本结构
in
输入电路
D.C
逆变电路
A.C
输出电路
out
vref
辅助电路
控制电路
in
保护电路
图 逆变系统的结构图
4.2.1 逆变电路的换流问题与换流方式
4.2.1.1 逆变电路的基本工作原理
4.2.1.2 换流方式分类
5-6
4.2.1.1 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
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。
uo S1
Ud
S2
io 负载 S3 uo S 4 a)
io t1 t2 b) t
图4-1 逆变电路及其波形举例
5-7
4.2.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
t t
①
②
io
①
t3
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②
t 1 t2
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b)
5-21
电压型单相全桥逆变电路
u0
驱动 T1、T4
O
驱动 T1、T4 驱动 T2、T3
t
i0
O
（b）负载电压
R 负载 （c）电阻负载电流波形
t
D1 T1 ① R L T3
D3 ②
i0
Ts/4
O
3Ts/4
Ud
i0
A
①
Ts/2
②
①
Ts
t
② L 负载
u0
4.2 无源逆变及其应用• 引言
现代逆变系统的基本结构
in
输入电路
D.C
逆变电路
A.C
输出电路
out
vref
辅助电路
控制电路
in
保护电路
图 逆变系统的结构图
4.2.1 逆变电路的换流问题与换流方式
4.2.1.1 逆变电路的基本工作原理
4.2.1.2 换流方式分类
5-6
4.2.1.1 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
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。
uo S1
Ud
S2
io 负载 S3 uo S 4 a)
io t1 t2 b) t
图4-1 逆变电路及其波形举例
5-7
4.2.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
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26
5.3.3 三相电压型逆变电路
注意：为防止同一相上下桥臂开关器件同时导通而 引起直流侧电源短路，通常采取“先断后通”的方法。 即在器件关断后留一定裕量，也称为死区时间，然后 再给出应导通的器件的开通信号。
电压型逆变电路 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。 •输出电压为矩形波，输 出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，逆变桥各臂并联反馈二 极管。因为输出电压极性不可改变，交流侧要向直 流侧反馈无功，只能通过改变电流的方向实现，所 以需并联反馈二极管以提供反向电流通路。
5.4.2 三相电流型逆变电路
电路分析 基本工作方式是120°导 电方式－每个臂一周期内导电 120°，VT1-VT6每隔60度一次 触发导通。因此，任一时刻上 下桥臂组各有一个臂导通，换 O i 流方式为横向换流。 O 在负载端并联三相电容，为负 i 载电感中的电流提供流通路径， O 以吸收电感中存储的能量 u
5.1.1 有源逆变电路
1 单相双半波有源逆变电路
1、电路结构
VT1
u2 u2
VT2
id
+ L ud 电能 +
E R
VT1
u2 u2
M
VT2
id
ud
L
E
R
电能 +
-
-
M +
u2
0
图3-1
t
u2
0
t
ug
0
ug
t
Ud
E
ud
0
ud
0
t
0
t
Ud E
t
2、工作原理 1）整流状态（0≤α﹤90°）
Voltage Source Inverter-VSI
直流侧是电压源 逆变电路
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 Inverter-CSI
5.3.1 单相半桥电压型逆变电路
电路结构特点 由两个桥臂组成，每个桥臂 为一个可控器件和一个反并 联二极管并联。 直流侧有两个串联的大电容， 两个电容的联结点为直流电 源的中点。 负载连接在直流电源中点和 两个桥臂的联结点之间。 C容量较大，O点电位基本 不变，A点电位取决于器件 导通情况。
5.4 电流型逆变电路
单相电流型逆变电路
三相电流型逆变电路
5.4.1 单相电流型逆变电路
并联谐振单相全桥电流型逆变电路
由四个桥臂构成，每个 桥臂的晶闸管各串联一 个电抗器，用来限制晶 闸管开通时的di/dt。 工作方式为负载换相。 电容C和L 、R构成并 联谐振电路。 输出电流波形接近矩形 波，多用于中频加热电 源。
逆变电路最基本的工 作原理 ——改变两组 开关切换频率，可改 变输出交流电频率。
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。
注意电路的功率流向
5.3 电压型逆变电路
根据直流侧电源性质的不同
电压型逆变电路——又称为电压源型
2）逆变状态（90°﹤α≤180°）
逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。
由于晶闸管的单向导电性，负载电流Id不能改变方向，只有
将E反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免 Ud与E 顺接，此时将 Ud 的极性也反过来，如上图 b 示。要使 Ud 反 向，α应该大于90°。
5.4 电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。
电流型逆变电路主要特点：
(1) 直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。
(2) 交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波 形和相位因负载不同而不同。 (3) 直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并 联二极管。
2）须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改变极性， 且有 E U d （外部条件）。
5.2.1 无源逆变电路
按输入电源特点
电压源逆变电路 电流源逆变电路
按电路结构特点
半桥、全桥
按主电路的器件 全控型逆变电路、半控型逆变电路 按输出波形特点
正弦式、非正弦式逆变电路
5.2.2 换流方式
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例
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。
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电
交流电
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
18
5.3.1单相半桥电压型逆变电路 优点：电路简单，使用器件少。 缺点：输出交流电压幅值为 Ud/2 ，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。
5.3.2
单相全桥电压型逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成， 直流侧只有一个电容。 两对桥臂交替导通180°。
5.3.3 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
应用最广泛
假想中点
5.3.3 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，桥臂1-桥臂6开始导 电的相位依次差60°，任一瞬间有三个桥臂（两个上臂一个下臂或者 一个上臂两个下臂）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。
5.4.1 单相电流型逆变电路
工作过程分析
四个工作阶段：两个导通 阶段和两个换流阶段。
t1-t2：VT1和VT4稳定导通 阶段，iｏ=Id，t2时刻前在C 上建立左正右负的电压。 t2-t4：t2时触发VT2和VT3 开通，因为两管承受正向电 压，所以能够导通，电路进 入换流阶段。
5.4.1 单相电流型逆变电路
控制极关断方式（又称器件换流方式）
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。
阳极关断方式 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。
V W UV
图5-11 电流型三相桥式逆变电路
Id t
U
t
t
O
t
图5-14 电流型三相桥式逆变电 路的输出波形
5.4.2 三相电流型逆变电路
波形分析
输出电流波形和负载性质无关， 正负脉冲各120°的矩形波 输出电流和三相桥整流带大电 感负载时的交流电流波形相同， 谐波分析表达式也相同 输出线电压波形和负载性质有 关，大体为正弦波。
t t t
O
WN'
O U
d
UV
O u u
NN' UN
t
U
6 2 U 3
d d
(4-4)
O O
U
3
t
d
t
◆负载各相的相电压分别为
iU
g)
O i
d
t
(4-5)
h)
O
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
25
u
a)
UN'
O u
VN'
◆把上面各式相加并整理可求得
U
2
d
t
b)
O
u
c)
t t
U
d
WN'
当α等于零时，输出电压瞬时值ud在整个周期内全部为正；
当90°>α>0时，ud在整个周期内有正有负，但正面积总是 大于负面积，故平均值Ud为正值，其极性是上正下负，如 上图a。通常Ud略大于E，此时电流Id从Ud的正端流出，从 E 的正端流进。电机 M 吸收电能，作电动运行，电路把从 交流电网吸收的电能转变成直流电能输送给电动机，电路 工作在整流状态，电机M工作在电动状态。
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。
器件开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 器件关断： 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。
5.2.2 换流方式
逆变电路
本章主要内容 逆变种类与换流方式 电压型逆变电路Voltage source inverter
(VSI) (CSI)
电流型逆变电路Current source inverter SPWM逆变电路
逆变电路
逆变的概念
逆变是与整流相对应的，指直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 —— 可控整流电路工作在逆变状态，把该电路的 交流侧接到交流电源上，把直流电逆变成与交流 电源同频率的交流电返送到电源。 交流侧接负载，为无源逆变。 —— 可控整流电路的交流侧不与电源联接，而直 接接到无源负载。
负载换流（Load Commutation） 强迫换流（Forced Commutation）
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。 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。
5.3.3 三相电压型逆变电路
注意：为防止同一相上下桥臂开关器件同时导通而 引起直流侧电源短路，通常采取“先断后通”的方法。 即在器件关断后留一定裕量，也称为死区时间，然后 再给出应导通的器件的开通信号。
电压型逆变电路 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。 •输出电压为矩形波，输 出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，逆变桥各臂并联反馈二 极管。因为输出电压极性不可改变，交流侧要向直 流侧反馈无功，只能通过改变电流的方向实现，所 以需并联反馈二极管以提供反向电流通路。
5.4.2 三相电流型逆变电路
电路分析 基本工作方式是120°导 电方式－每个臂一周期内导电 120°，VT1-VT6每隔60度一次 触发导通。因此，任一时刻上 下桥臂组各有一个臂导通，换 O i 流方式为横向换流。 O 在负载端并联三相电容，为负 i 载电感中的电流提供流通路径， O 以吸收电感中存储的能量 u
5.1.1 有源逆变电路
1 单相双半波有源逆变电路
1、电路结构
VT1
u2 u2
VT2
id
+ L ud 电能 +
E R
VT1
u2 u2
M
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-
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图3-1
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2、工作原理 1）整流状态（0≤α﹤90°）
Voltage Source Inverter-VSI
直流侧是电压源 逆变电路
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 Inverter-CSI
5.3.1 单相半桥电压型逆变电路
电路结构特点 由两个桥臂组成，每个桥臂 为一个可控器件和一个反并 联二极管并联。 直流侧有两个串联的大电容， 两个电容的联结点为直流电 源的中点。 负载连接在直流电源中点和 两个桥臂的联结点之间。 C容量较大，O点电位基本 不变，A点电位取决于器件 导通情况。
5.4 电流型逆变电路
单相电流型逆变电路
三相电流型逆变电路
5.4.1 单相电流型逆变电路
并联谐振单相全桥电流型逆变电路
由四个桥臂构成，每个 桥臂的晶闸管各串联一 个电抗器，用来限制晶 闸管开通时的di/dt。 工作方式为负载换相。 电容C和L 、R构成并 联谐振电路。 输出电流波形接近矩形 波，多用于中频加热电 源。
逆变电路最基本的工 作原理 ——改变两组 开关切换频率，可改 变输出交流电频率。
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。
注意电路的功率流向
5.3 电压型逆变电路
根据直流侧电源性质的不同
电压型逆变电路——又称为电压源型
2）逆变状态（90°﹤α≤180°）
逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。
由于晶闸管的单向导电性，负载电流Id不能改变方向，只有
将E反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免 Ud与E 顺接，此时将 Ud 的极性也反过来，如上图 b 示。要使 Ud 反 向，α应该大于90°。
5.4 电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。
电流型逆变电路主要特点：
(1) 直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。
(2) 交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波 形和相位因负载不同而不同。 (3) 直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并 联二极管。
2）须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改变极性， 且有 E U d （外部条件）。
5.2.1 无源逆变电路
按输入电源特点
电压源逆变电路 电流源逆变电路
按电路结构特点
半桥、全桥
按主电路的器件 全控型逆变电路、半控型逆变电路 按输出波形特点
正弦式、非正弦式逆变电路
5.2.2 换流方式
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例
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。
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电
交流电
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
18
5.3.1单相半桥电压型逆变电路 优点：电路简单，使用器件少。 缺点：输出交流电压幅值为 Ud/2 ，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。
5.3.2
单相全桥电压型逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成， 直流侧只有一个电容。 两对桥臂交替导通180°。
5.3.3 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
应用最广泛
假想中点
5.3.3 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，桥臂1-桥臂6开始导 电的相位依次差60°，任一瞬间有三个桥臂（两个上臂一个下臂或者 一个上臂两个下臂）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。
5.4.1 单相电流型逆变电路
工作过程分析
四个工作阶段：两个导通 阶段和两个换流阶段。
t1-t2：VT1和VT4稳定导通 阶段，iｏ=Id，t2时刻前在C 上建立左正右负的电压。 t2-t4：t2时触发VT2和VT3 开通，因为两管承受正向电 压，所以能够导通，电路进 入换流阶段。
5.4.1 单相电流型逆变电路
控制极关断方式（又称器件换流方式）
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。
阳极关断方式 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。
V W UV
图5-11 电流型三相桥式逆变电路
Id t
U
t
t
O
t
图5-14 电流型三相桥式逆变电 路的输出波形
5.4.2 三相电流型逆变电路
波形分析
输出电流波形和负载性质无关， 正负脉冲各120°的矩形波 输出电流和三相桥整流带大电 感负载时的交流电流波形相同， 谐波分析表达式也相同 输出线电压波形和负载性质有 关，大体为正弦波。
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6 2 U 3
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(4-4)
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◆负载各相的相电压分别为
iU
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(4-5)
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图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
25
u
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◆把上面各式相加并整理可求得
U
2
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当α等于零时，输出电压瞬时值ud在整个周期内全部为正；
当90°>α>0时，ud在整个周期内有正有负，但正面积总是 大于负面积，故平均值Ud为正值，其极性是上正下负，如 上图a。通常Ud略大于E，此时电流Id从Ud的正端流出，从 E 的正端流进。电机 M 吸收电能，作电动运行，电路把从 交流电网吸收的电能转变成直流电能输送给电动机，电路 工作在整流状态，电机M工作在电动状态。
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。
器件开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 器件关断： 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。
5.2.2 换流方式
逆变电路
本章主要内容 逆变种类与换流方式 电压型逆变电路Voltage source inverter
(VSI) (CSI)
电流型逆变电路Current source inverter SPWM逆变电路
逆变电路
逆变的概念
逆变是与整流相对应的，指直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 —— 可控整流电路工作在逆变状态，把该电路的 交流侧接到交流电源上，把直流电逆变成与交流 电源同频率的交流电返送到电源。 交流侧接负载，为无源逆变。 —— 可控整流电路的交流侧不与电源联接，而直 接接到无源负载。
负载换流（Load Commutation） 强迫换流（Forced Commutation）
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。 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。