第四章 逆变电路

S n0 n n0
5-5
根据定子绕组相电压平衡方程： U1 = Eɡ +（r1+jX1）Ⅰ1
Eɡ为每相绕组的感应电势， Eɡ = 4.44 f1 N1 K1 Φm 如忽略定子压降，则U1 ≈ Eɡ 如U1不变：
f1下降，则Φm增加，造成磁路饱和，发热损坏电机 f1上升，则Φm下降，造成电磁转矩下降。 结论：改变频率f1的同时，必须成比例改变电压U1，使 Φm维持不变。因此把恒U/f控制也称为VVVF控制。
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
5-11
4.2 电压型逆变电路
电压型逆变电路的特点（必考）： 1) 直流侧并联大电容，电压基本无脉动，直流回路呈低 阻抗。 2) 交流侧输出电压为矩形波，输出电流的波形呈三角波 或接近正弦波，相位与负载阻抗有关。 3) 在阻感负载时，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能 量提供通道，逆变桥各臂都并联反馈二极管。
5-20
4.3 电流型逆变电路
4.3.1 单相电流型逆变电路 4.3.2 三相电流型逆变电路
5-21
来自百度文库 例：中频电炉原理:
使桥臂1、4和2、3以1000-2500Hz 的中频轮流导通，可得到中频交流电。 实际负载是电磁感应线圈，
利用涡流效应来加热线圈内的钢料。 R和L串联为其等效电路。
因功率因数很低，故并联C。C和L、R构成并联谐振式逆变电路。 采用负载换相方式, 要求负载电流略超前于负载电压，略呈容性负
电压幅值只有Ud/2，因此图5常-6 用于几个kW以下的小
功率逆变电源。
5-13
4.2 电压型逆变电路
2．全桥逆变电路
全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的。
5-14
◆移相调压方式
☞ V3的基极信号比V1落后（0＜＜ 180°）。V3、V4的栅极信号分别比V2、V1 的前移180°-。输出电压是正负各为的脉 冲。
☞工作过程
√t1时刻前V1和V4导通， uo=Ud。 √t1时刻V4截止，而因负载电感中的电流 io不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续 流，uo=0。 √t2时刻V1截止，而V2不能立刻导通， VD2导通续流，和VD3构成电流通道，uo=Ud。 √到负载电流过零并开始反向时，VD2和 VD3截止，V2和V3开始导通，uo仍为-Ud。 √t3时刻V3截止，而V4不能立刻导通， VD4导通续流，uo再次为零。 ☞改变就可调节输出电压。
2Ud 3
t
t
t
t
Ud 6
t
Ud 3
t
t
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
◆把上面各式相加并整理可求得
uNN'
1 3
(uUN'
uVN'
uWN'
)
1 3
(uUN
uVN
uWN )
(4-6)
设负载为三相对称负载，则有
uUN+uVN+uWN=0，故可得
uNN'
1 3
(uUN'
uVN'
uWN' )
假想中点
图4-9 三相电压型桥式逆变电路
16/47
4.2.2 三相电压型逆变电路
■工作波形
u UN'
◆对于U相输出来说，当桥臂1导通时， a) O
Ud
t
uUN’=Ud/2，当桥臂4导通时，uUN’=-Ud/2， uUN’的波形是幅值为Ud/2的矩形波，V、
b)
W两相的情况和U相类似。
c)
u VN' O
载。（即负载电流过零，负载电压尚没过零） 输出电流波形接近矩形波，负载电压波形接近正弦波。
5-22
tr t4 t2
换流方式：负载换流 一个周期，两个稳定导通，两个换流 换流时间：tr t4 t2 承受反压时间：t t5 t4 触发引前时间：t t t 负载电流超前时间：t 12 t t uAB 的频率为负载频率2倍
u UN
2U d
sin t 1 sin 5t 1 sin 7t 1 sin11t 1 sin13t
5
7
11
13
2U d
sin t
n
1 n
sin
nt
式中，n 6k 1，k为自然数。
(4-12)
◆负载相电压有效值UUN为
U UN
1
2
2 0
uU2 N
dt
0.471Ud
(4-13)
其中基波幅值UUN1m和基波有效值UUN1分别为
U UN1m
2Ud
0.637Ud
U UN1
U UN1m 2
0.45Ud
(4-14) (4-15)
■为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，
要采取“先断后通”的方法。
19/47
4.3 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
5-12
4.2 电压型逆变电路
5.2.1 单相电压型逆变电路
1．半桥逆变电路：
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
uo V2
uo Um
VD1
O
-Um
t
io
VD2
O
t3 t1 t2
t4
t5 t6
t
ON V1 V2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2
a)
b)
半桥逆变电路简单、使用器件少。但输出的交流
① 器件换流 ② 电网换流 （整流电路） ③ 负载换流 （容性负载） ④ 强迫换流
全控型器件 晶闸管 晶闸管 晶闸管
5-10
4.2 电压型逆变电路
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 Inverter-VSI
(1) 直流侧串大电感，电流基 本无脉动，相当于电流源。
图5-11 电流型三相桥式逆变电路
(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。
电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。
换流方式有负载换流、强迫换流。
5-3
就把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，就可改变 输出交流电频率。
直流电 交流电
5-4
3.无源逆变电路的应用： 随着全控型电力电子器件、微机技术、集成电路技术的 发展，逆变电路的应用得到飞速发展。
无源逆变电路应用于交流电机调速用变频器（VVVF）。 异步电动机的转速 n = 60 f1（1-S）/p 式中：f1— 电源频率 P—磁极对数，S异步电动机的转差率： 同步转速n0 = 60f1/p ，电机实际转速n
5-23
第4章 逆变电路 • 小结
讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理
➢ 四大类基本变流电路中，AC/DC和DC/AC两类电路 更为基本、更为重要
5-24
第4章 逆变电路 • 小结
逆变电路分类方法
➢ 可按换流方式、输出相数、直流电源的性质或用途等分 类。
➢ 本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法，分为电压 型和电流型两类。
5-26
1什么是电压型和电流型逆变电路？各有何特 点？ 2.电压型逆变电路中的反馈二极管的作用是 什么？
5-27
e) u NNO' u UN
f)
O
iU
g)
O
id
h)
O
2Ud 3
Ud 6
t
Ud 3
t
t
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
17/47
4.2.2 三相电压型逆变电路
u UN'
a)
O
Ud
u VN'
2
b)
O
u WN'
c)
O
u UV
Ud
d)
O
e) u NNO' u UN
f)
O
iU
g)
O
id
h)
O
(4-7)
◆负载参数已知时，可以由uUN的波形 求出U相电流iU的波形，图4-10g给出的 是◆阻把桥感臂负1载、下3、5的/ 3电时流iU加的起波来形，。就可得 到直流侧电流id的波形，如图4-10h所示， 可以看出id每隔60°脉动一次。
18/47
4.2.2 三相电压型逆变电路
◆把uUN展开成傅里叶级数得
a)
b)
图4-7 单相全桥逆变电
路的移相调压方式
15/47
4.2.2 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。 ■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，各相开始 导电的角度差120 °，任一瞬间有三个桥臂同时导通。 ◆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。
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。
5-2
第4章无源逆变电路
4.1无源逆变概念 逆变 逆变分为有源逆变（第3章已介绍）、无源逆变两大类。 1.无源逆变——交流侧连接负载，把直流电逆变成频率可调或某 一固定频率的交流电直接给负载使用。 2.逆变电路的基本工作原理
第5章 逆变电路
引言 5.1 换流方式 5.2 电压型逆变电路 5.3 电流型逆变电路
本章小节
5-1
第4章 逆变电路 • 引言
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。 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
➢ 电压型和电流型的概念用于其他电路，会对这些电路有 更深刻的认识。
➢ 负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路。 ➢ 电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。
5-25
第4章 逆变电路 • 小结
与其它章的关系 ➢本章对逆变电路的讲述是很基本的，还远不完整。 ➢下一章的PWM控制技术在逆变电路中应用最多， 绝大部分逆变电路都是PWM控制的，学完下一章 才能对逆变电路有一个较为完整的认识。 ➢逆变电路的直流电源往往由整流电路而来，二都结 合构成间接交流变流电路。 ➢此外，间接直流变流电路大量用于开关电源，其中 的核心电路仍是逆变电路。
u WN' O
2
t
◆负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式
u UV
t
求出
Ud
d)
O
t
uUV uUN' uVN'
uVW
uVN'
uWN'
uWU uWN' uUN'
◆负载各相的相电压分别为
uUN uUN' uNN'
uVN uVN'
uNN'
uWN uWN' uNN '
(4-4) (4-5)
5-6
通用变频器典型结构
应用于恒压恒频(CVCF)电源─不间断电源(UPS) UPS广泛应用于各种对交流供电可靠性和质量要求 高的场合。 例如：银行、证交所的计算机系统，网络中的服 务器，医疗、办 公自动化、工厂自动化设备。 应用于感应加热中频、高频电源
5-8
4.1.2 换流方式
研究换流主要就是研究如何使器件关断。