电力电子基础5课件

电力电子基础电力电子基础 Fundamental Power Electronics 第五讲第五讲 逆变电路逆变电路2010年东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-逆变电路逆变电路n换流方式n电压型逆变电路n电流型逆变电路 n多重逆变电路和多电平逆变电路n小结2第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-1.概述概述n逆变的概念n逆变与整流相对应，直流电变成交流电。n交流侧接电网，为有源逆变有源逆变。n交流侧接负载，为无源逆变无源逆变。n逆变与变频n变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。n交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。n主要应用n各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。n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。3第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理以单相桥式逆变电路带阻感负载单相桥式逆变电路带阻感负载为例nS1、S4闭合闭合，S2、S3断开断开时，负载电压uo为正正。nS1、S4断开断开，S2、S3闭合闭合时，负载电压uo为负负。直流电交流电改变两组开关切换频率，可改变逆变输出交流电频率。4第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-换流方式分类换流方式分类n换换流流电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相换相。n开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。n关断：n全控型器件可通过门极关断。全控型器件可通过门极关断。n半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。n一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。关断。n研究换流方式主要是研究如何使器件关断。5第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-换流方式分类换流方式分类1)器件换流器件换流（Device Commutation）n利用全控型器件的自关断能力进行换流。n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)电网换流电网换流（Line Commutation）n电网提供换流电压的换流方式。n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。3)负载换流负载换流（Load Commutation）4)强迫换流强迫换流（Forced Commutation）6第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-换流方式分类换流方式分类负载换流逆变电路例子负载换流逆变电路例子n采用晶闸管n负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性n电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入n直流侧串入大电感Ld，id基本没有脉动?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT47第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-换流方式分类换流方式分类工作过程工作过程n4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波n负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦nt1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、VT3电压即为uont1时：触发VT2、VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2nt1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成8第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-换流方式分类换流方式分类强迫换流（强迫换流（Forced CommutationForced Commutation）由换流电路内电容直接提供换流电压直接耦合式强迫换流通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流电感耦合式强迫换流n设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流强迫换流。n通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流电容换流。n分类9第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-换流方式分类换流方式分类直接耦合式直接耦合式强迫换流n当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关断。也叫电压换流电压换流。直接耦合式强迫换流原理图电感耦合式强迫换流原理图电感耦合式电感耦合式强迫换流n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。也叫电电流换流流换流。10第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-换流方式分类换流方式分类换流方式换流方式n器件换流适用于全控型器件。n其余三种方式针对晶闸管。n器件换流和强迫换流属于自换流。n电网换流和负载换流属于外部换流。n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，则称为熄灭熄灭。11第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-逆变电路的分类逆变电路的分类逆变电路的分类逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同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逆变电路Voltage Source Type Inverter-VSI直流侧是电压源电压源电流型逆变电路又称为电流源型逆变电路Current Source Type Inverter-CSI直流侧是电流源电流源12第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-逆变电路的分类逆变电路的分类n逆变器中包含的电感、电容等无源负载起到储存电能、交换无功以及滤波之用。n电压源型逆变器电压源型逆变器n直流侧多并联大电容用作缓冲滤波，构成低阻抗的电压源，即输出电压确定，波形接近矩形，电流波形取决于负载，接近正弦n直流侧电压极性不变，能量回馈时电流反向。功率开关器件反并联的续流二极管为感性负载提供反馈能量（电流反向）至直流侧的通路13第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-逆变电路的分类逆变电路的分类n电流源型逆变器n直流侧串有大电感Ld作为无功元件，构成高阻抗的电流源，即电流确定、波形接近矩形，电压波形与负载有关，电压波形接近正弦并叠加换流尖峰。n直流环节电流Id不能反向，能量反向流动需改变直流侧电压的极性，无需设置续流无功二极管。14第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-逆变电路的分类逆变电路的分类VSIVSI与与CSICSI的比较的比较nVSI采用大电容储能，逆变器呈现低内阻特性，直流电压大小和极性不变，浪涌电压低。但过电流保护困难一些。nCSI采用大电感储能，主电路抗电流冲击能力强，能有效抑制电流突变，过电流保护容易。但体积大一些。n采用晶闸管的CSI依靠负载电感的谐振换流，无负载无法运行。nVSI必须设置续流二极管提供无功交换通道，电路比CSI复杂一些。15第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-2.电压型逆变电路电压型逆变电路n单相电压型逆变电路n三相电压型逆变电路16第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相单相半桥电压型逆变电路电压型逆变电路工作原理工作原理nV1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2。nV1和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。VD1或VD2称为反馈二极管反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管续流二极管。a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD217第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相单相半桥电压型逆变电路电压型逆变电路n优点优点：电路简单，使用器件少。n缺缺点点：输出交流电压幅值为U Ud d/2/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。n应用应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。n单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。18第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相全桥电压型逆变电路单相全桥电压型逆变电路工作原理(180导通型)n共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。n两对桥臂交替导通180。n输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。n改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud d来实现。tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo19第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相全桥电压型逆变电路单相全桥电压型逆变电路n输出电压输出电压uo成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值nuo为正负各180时，要改变输出电压有效值只能改变Ud来实现20第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相全桥电压型逆变电路单相全桥电压型逆变电路n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移相调压。nV3的基极信号比V1落后（0 180）。nV3、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。n改变就可调节输出电压。a)tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo21第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-带中心抽头变压器的逆变电路带中心抽头变压器的逆变电路nUd和负载参数相同，变压器匝比为1：1：时，uo和io波 形及幅值与全桥逆变电路完全相同。n与全桥电路的比较：p比全桥电路少用一半开关器件。p器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高 一倍。p必须有一个变压器。n交替驱动两个IGBT，经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压。n两个二极管的作用也是提供无功能量的反馈通道。22第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路n应用最广的是三相桥式逆变电路。三相桥式逆变电路。可看成由三个半桥逆变电路组成三相电压型桥式逆变电路23第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路180 导电方式导电方式电压型三相桥式逆变电路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3n每桥臂导电180，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120。n任一瞬间有三个桥臂同时导通。n每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流纵向换流。n防止同一相上下两桥臂开关器件直通采取“先断后通先断后通”的方法24第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n负载各相到电源中点负载各相到电源中点N的电压的电压：U相，1通，uUN=Ud/2；4通，uUN=-Ud/2n负载线电压负载线电压 n负载相电压负载相电压n负载中点和电源中点间电压负载中点和电源中点间电压25第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是 n一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id每60脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点26第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n负载线电压负载线电压uUV展开成傅里叶级数n输出线电压有效值n基波幅值n基波有效值27第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n负载相电压负载相电压uUN展开成傅里叶级数得n负载相电压有效值:n基波幅值:n基波有效值:28第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-3.电流型逆变电路电流型逆变电路n单相电流型逆变电路n三相电流型逆变电路29第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路n工作方式为负载换相负载换相,要求负载电流略超前于负载电压。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。1、4和2、3以10002500Hz的轮流导通，可得到中频交流电n电容C和L、R构成并联谐振电路。因基波频率接近负载电路谐振频因基波频率接近负载电路谐振频率率，故负载对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形接近正弦n输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。30第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路工作分析工作分析n一个周期内有一个周期内有两个导通阶段两个导通阶段和和两个换流阶段两个换流阶段。nt1t2：VT1和VT4稳定导通阶段稳定导通阶段，i=Id，t2时刻前在C上建立了左正右负的电压。nt2t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段换流阶段。nLT使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程。VT2、VT3电流有一个增大过程。n4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电。nLT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到C。nio在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点。nt=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束。nt4t2=t 称为换流时间换流时间。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotuABtdtIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,431第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路n保证晶闸管的可靠关断保证晶闸管的可靠关断n晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，换流结束后还要使VT1、VT4承受一段反压时间t。nt=t5-t4应大于晶闸管的关断时间tq。n为保证可靠换流为保证可靠换流应在uo过零前td=t5-t2时刻触发VT2、VT3。nt 为触发引前时间触发引前时间t=t+t nio超前于uo的时间t=t/2+tn表示为电角度=(t/2+t)=/2+其中为电路工作角频率；、分别是t、t 对应的电角度。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotuABtdtIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,432第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路n忽略换流过程，io可近似成矩形波，展开成傅里叶级数n基波电流有效值 n负载电压有效值Uo和直流电压Ud的关系（忽略Ld的损耗，忽略晶闸管压降）33第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路n实际工作过程中，感应线圈参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整，这种控制方式称为自励方式自励方式。n固定工作频率的控制方式称为他励方式他励方式。n自励方式存在起动问题，解决方法：n先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式。n附加预充电起动电路。34第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路基本工作方式是120 导电导电方式方式每个臂一周期内导电120，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，换流方式为横向换流横向换流。n输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各120的矩形波n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。n输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波。n输出交流电流的基波有效值。tOtOtOtOIdiViWuUVU电流型三相桥式逆变电路的输出波形 电流型三相桥式逆变电路35第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路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n主要用于中大功率交流电动机调速系统。是电流型电流型三相桥式逆变电路。n各桥臂的晶闸管和二极管串联使用。n120 导电工作方式导电工作方式，输出波形和前页波形大体相同。n强迫换流强迫换流方式，电容C1C6为换流电容。36第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路-+U VW+-U VWa)+-U VWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV换流过程各阶段的电流路径n换流过程分析p电容器所充电压的规律电容器所充电压的规律：对于共阳极晶闸管，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。p等效换流电容概念等效换流电容概念：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。串联二极管式晶闸管逆变电路 37第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路从从VT1向向VT3换流的过程换流的过程:n假设换流前VT1和VT2通，C13电压UC0左正右负。换流阶段分为恒流恒流放电放电和二极管换流二极管换流两个阶段。nt1时刻触发VT3导通导通，VT1被施以反压而关断关断。nId从VT1换到VT3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段恒流放电阶段。如图b）。nuC13下降到零之前，VT1承受反压，反压时间大于tq就能保证关断。换流过程各阶段的电流路径换流过程各阶段的电流路径a)b）+-UVW+-UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13Id38第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路换流过程各阶段的电流路径c)d）pt2时刻uC13降到零，之后C13反向充电。忽略负载电阻压降，则二极管VD3导通，电流为iV，VD1电流为iU=Id-iV，VD1和VD3同时通，进入二极管换流二极管换流阶段阶段。p随着C13电压增高，充电电流渐小，iV渐大，t3时刻iU减到零，iV=Id，VD1承受反压而关断，二极管换流阶段结束结束。p t3以后，VT2、VT3稳定导通阶稳定导通阶段段。-+UVW-+UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13iViViU=Id-iV39第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路波形分析波形分析n电感负载时，uC13、iU、iV及uC1、uC3、uC5波形。nuC1的波形和uC13完全相同，从UC0降为UC0。nC3和C5是串联后再和C1并联的，电压变化的幅度是C1的一半。nuC3从零变到-UC0，uC5从UC0变到零。n这些电压恰好符合相隔120后从VT3到VT5换流时的要求。ttOuOiUCOuC13uC5uC3-UCOIdiUiVt1t2t3串联二极管晶闸管逆变电路换流过程波形40第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路实例：无换向器电动机实例：无换向器电动机n电流型三相桥式逆变器驱动同步电动机，负载换流。n工作特性和调速方式和直流电动机相似，但无换向器，因此称为无换向器电动机。无换相器电动机的基本电路41第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路wtuuuuOOOOOwtwtwtOwtwtVT4导通UVWiViWiUudMVT1导通VT3导通VT6导通VT5导通VT2导通uVT1nBQ转子位置检测器转子位置检测器，检测磁极位置以决定什么时候给哪个晶闸管发出触发脉冲。无换相器电动机的基本电路无换相器电动机的基本电路42第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-4.多重逆变电路和多电平逆变电路多重逆变电路和多电平逆变电路n电压型电压型逆变电路输出电压是矩形波n电流型电流型逆变电路输出电流是矩形波，含较多谐波n多重逆变电路多重逆变电路把几个矩形波组合起来，接近正弦。多重逆变电路有串联多重和并联多重两种:n串联多重串联多重把几个逆变电路的输出串联起来，多用于电压型电压型。n并联多重并联多重把几个逆变电路的输出并联起来，多用于电流型电流型。n多电平逆变电路多电平逆变电路输出较多电平，使输出接近正弦43第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-多重逆变电路多重逆变电路二重逆变电路的工作波形12060180tOtOtO三次谐波三次谐波u1u2uo二重单相逆变电路单相电压型二重逆变电路单相电压型二重逆变电路n两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器T1和T2串联起来。两个单相的输出u1和u2是180矩形波。nu1和u2相位错开=60,其中的3次谐波就错开了 360=180n变压器串联合成后，3次谐波互相抵消，总输出电压中不含3次谐波。nuo波形是120矩形波，含6k1次谐波，3k次谐波都被抵消。44第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-多重逆变电路多重逆变电路三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路n两个三相桥式逆变电路输出通过变压器串联合成。两个逆变电路均为180导通方式。逆变桥II的输出电压相位比逆变桥I滞后30nT1为/Y联结，线电压变比为 1:31/2(一次和二次绕组匝数相等)nT2一次侧联结，二次侧两绕组曲折星形接法，其二次电压相对于一次电压而言，比T1的接法超前30，以抵消逆变桥II比逆变桥I滞后的30。这样，uU2和uU1的基波相位就相同。变比为1:1变比为45第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-多重逆变电路多重逆变电路n由右图可看出uUN比uU1接近正弦波。n直流侧电流每周期脉动12次，称为12脉波逆变电路脉波逆变电路。n使m个三相桥逆变电路的相位依次错开/(3m)，连同合成输出电压并抵消上述相位差的变压器，就可构成6m的脉波逆变电路的脉波逆变电路。UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)tOtOtOtOtO3131)(1+)UU1UA21-UB22UU2UUN(UA1)UdUd32Ud31Ud32Ud(1+Ud31Ud二次侧基波电压合成相量图 46第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-多重逆变电路多重逆变电路n输出电压输出电压uU1展成傅里叶级数:uU1的基波有效值：uU1的n次谐波有效值：n输出相电压输出相电压uUN的的基波有效值 uUN的的n次谐波有效值：其中n=12k1，uUN中已不含中已不含5次、次、7次等谐波次等谐波47第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-多重逆变电路多重逆变电路并联多重化并联多重化：适合于电流源型逆变器48第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-多电平逆变电路多电平逆变电路n三相电压型桥式两电平两电平逆变逆变逆变电路：以N为参考点，输出相电压有Ud/2和-Ud/2两种电平。电压型三相桥式逆变电路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud349第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-多电平逆变电路多电平逆变电路以以U U相为例分析工作情况相为例分析工作情况nV11和V12(或VD11和VD12)通，V41和V42断，UO间电位差为Ud/2。nV41和V42(或VD41和VD42)通，V11和V12断，UO间电位差为 -Ud/2。nV12和V41导通，V11和V42关断时，UO间电位差为0。niU0时，V12和VD1导通。niU0时，V41和VD4导通。nV11,V12,V42和V41不能同时导通。三电平逆变电路三电平逆变电路(中点钳位型中点钳位型Neutral Point Clamped)50第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-多电平逆变电路多电平逆变电路线电压的电平线电压的电平n相电压相减得到线电压。n两电平逆变电路的输出线电压有Ud和0三种电平。n三电平逆变电路的输出线电压有Ud、Ud/2和0五种电平。n三电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路。n三电平逆变电路另一突出优点：每个主开关器件承受电压为直流侧电压的一半。51第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-小结小结n基本的逆变电路的结构及其工作原理基本的逆变电路的结构及其工作原理n换流方式换流方式:分为外部换流和自换流两大类，外部换流包括电网换流和负载换流两种，自换流包括器件换流和强迫换流两种。n逆变电路分类方法逆变电路分类方法:可按换流方式、输出相数、直流电源的性质或用途等分类。本讲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。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。如n负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路。n电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。52第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-53第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-54第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-55第五讲 逆变电路东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院-电力电子技术电力电子技术-56第五讲 逆变电路p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日