电力电子技术第4章综述课件

金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲第第4 4章章 逆变电路逆变电路(DC/AC(DC/AC变换）变换）4 4.1.1 换流方式换流方式4.2 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路4 4.3.3 电流型逆变电路电流型逆变电路4 4.4.4 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7/11/20247/11/20241 1金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.1 换流方式4.1.1 4.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理4.1.2 4.1.2 换流方式分类换流方式分类7/11/20247/11/20242 2金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.1.1 4.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理负载负载a)S1S2S3S4iouoUd图图图图4-1 4-1 逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例uuS S1 1SS4 4是桥式电路的是桥式电路的是桥式电路的是桥式电路的4 4 4 4个臂，个臂，个臂，个臂，由电力电子器件及辅助电路组由电力电子器件及辅助电路组由电力电子器件及辅助电路组由电力电子器件及辅助电路组成。成。成。成。uu当开关当开关当开关当开关S S1 1、S S4 4 闭合，闭合，闭合，闭合，S S2 2、S S3 3断开时，负载电压断开时，负载电压断开时，负载电压断开时，负载电压u uo o为正；为正；为正；为正；uu当当当当S S1 1、S S4 4断开，断开，断开，断开，S S2 2、S S3 3闭合闭合闭合闭合时，时，时，时，u uo o为负。为负。为负。为负。uu直流电变成了交流电，改变直流电变成了交流电，改变直流电变成了交流电，改变直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改两组开关的切换频率，即可改两组开关的切换频率，即可改两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。变输出交流电的频率。变输出交流电的频率。变输出交流电的频率。+_+_7/11/20247/11/20243 3金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.1.2 4.1.2 换流方式分类换流方式分类 全控型器件全控型器件全控型器件全控型器件可通过门极得可通过门极得可通过门极得可通过门极得控制使其关断，控制使其关断，控制使其关断，控制使其关断，半控型器件半控型器件半控型器件半控型器件晶闸管，必须晶闸管，必须晶闸管，必须晶闸管，必须利用外部条件利用外部条件利用外部条件利用外部条件或采取其或采取其或采取其或采取其它措它措它措它措施施施施才能使其关断。一般均需才能使其关断。一般均需才能使其关断。一般均需才能使其关断。一般均需给需要关断的晶闸管给需要关断的晶闸管给需要关断的晶闸管给需要关断的晶闸管施加一施加一施加一施加一定时间反向电压定时间反向电压定时间反向电压定时间反向电压，才能关断。，才能关断。，才能关断。，才能关断。开通时开通时开通时开通时关断时关断时关断时关断时无论支路是由全控型还是无论支路是由全控型还是无论支路是由全控型还是无论支路是由全控型还是半控型电力电子器件组成，半控型电力电子器件组成，半控型电力电子器件组成，半控型电力电子器件组成，只要有适当的门极驱动信只要有适当的门极驱动信只要有适当的门极驱动信只要有适当的门极驱动信号，就可使其开通号，就可使其开通号，就可使其开通号，就可使其开通。器件换流器件换流 电网换流电网换流强迫换流强迫换流负载换流负载换流分类分类分类分类7/11/20247/11/20244 4金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲1.1.器件换流器件换流利用全控型器件的利用全控型器件的利用全控型器件的利用全控型器件的自关断能力自关断能力自关断能力自关断能力进行换流进行换流进行换流进行换流2.2.电网换流电网换流只只只只要要要要把把把把负负负负的的的的电电电电网网网网电电电电压压压压施施施施加加加加在在在在欲欲欲欲关关关关断断断断的的的的晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管上上上上即即即即可可可可使其关断使其关断使其关断使其关断但不适用于没有交流电网的无源逆变电路但不适用于没有交流电网的无源逆变电路但不适用于没有交流电网的无源逆变电路但不适用于没有交流电网的无源逆变电路由由由由电网电网电网电网提供换流电压提供换流电压提供换流电压提供换流电压3.3.负载换流负载换流负载电流相位负载电流相位负载电流相位负载电流相位超前超前超前超前于负载电压的场合于负载电压的场合于负载电压的场合于负载电压的场合由由由由负载负载负载负载提供换流电压提供换流电压提供换流电压提供换流电压7/11/20247/11/20245 5金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲 4 4 4 4个桥臂均由晶闸管组成个桥臂均由晶闸管组成个桥臂均由晶闸管组成个桥臂均由晶闸管组成 负载是电阻电感串联后再和电负载是电阻电感串联后再和电负载是电阻电感串联后再和电负载是电阻电感串联后再和电容并联，容并联，容并联，容并联，工作在接近并联谐振工作在接近并联谐振工作在接近并联谐振工作在接近并联谐振状态而略呈容性。状态而略呈容性。状态而略呈容性。状态而略呈容性。负载工作在对基波电流接近并负载工作在对基波电流接近并负载工作在对基波电流接近并负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，联谐振的状态，联谐振的状态，联谐振的状态，uouououo波形接近正波形接近正波形接近正波形接近正弦波弦波弦波弦波 直直直直流流流流侧侧侧侧串串串串入入入入大大大大电电电电感感感感L Ld d，工工工工作作作作过过过过程程程程中中中中可可可可认认认认为为为为 i id d基基基基本本本本没没没没有有有有脉脉脉脉动动动动。负载电流负载电流负载电流负载电流基本呈矩形波基本呈矩形波基本呈矩形波基本呈矩形波 。w wtOuouoioioRLCEdLdVT1VT2VT3VT4uoioid7/11/20247/11/20246 6金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲l l t t 1 1时刻前：时刻前：时刻前：时刻前：VTVT1 1、VTVT4 4为通为通为通为通态，态，态，态，VTVT2 2、VTVT3 3为断态，为断态，为断态，为断态，u uo o、i io o均为正，均为正，均为正，均为正，VTVT2 2、VTVT3 3上施加上施加上施加上施加的电压即为的电压即为的电压即为的电压即为u uo ol l t t1 1时刻触发时刻触发时刻触发时刻触发VTVT2 2、VTVT3 3使其使其使其使其开通，开通，开通，开通，u uo o通过通过通过通过VTVT2 2、VTVT3 3分别分别分别分别加到加到加到加到VTVT4 4、VTVT1 1上使其承受上使其承受上使其承受上使其承受反向电压而关断，电流从反向电压而关断，电流从反向电压而关断，电流从反向电压而关断，电流从VTVT1 1、VTVT4 4换到换到换到换到VTVT3 3、VTVT2 2l l 触发触发触发触发VTVT2 2、VTVT3 3时刻，时刻，时刻，时刻，t t1 1必须在必须在必须在必须在u uo o过零前并留有足够过零前并留有足够过零前并留有足够过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成裕量，才能使换流顺利完成裕量，才能使换流顺利完成裕量，才能使换流顺利完成w wtOuouoioioRLCEdLdVT1VT2VT3VT4uoioid+_7/11/20247/11/20247 7金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.4.强迫换流（强迫换流（电容换流）电容换流）设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向强迫施加反向强迫施加反向强迫施加反向电压或反向电流电压或反向电流电压或反向电流电压或反向电流的换流方式的换流方式的换流方式的换流方式直接耦合式强迫换流直接耦合式强迫换流由换流电路内电容直接提供由换流电路内电容直接提供由换流电路内电容直接提供由换流电路内电容直接提供换流电压换流电压换流电压换流电压SVT负载负载+图图4-3 直接耦合式强直接耦合式强迫换流原理图迫换流原理图晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管VTVT通态时，预先给电容通态时，预先给电容通态时，预先给电容通态时，预先给电容C C按按按按图图图图4-34-3中所示极性充电。中所示极性充电。中所示极性充电。中所示极性充电。合上开关合上开关合上开关合上开关S S，就可使晶闸管被，就可使晶闸管被，就可使晶闸管被，就可使晶闸管被施加反向电压施加反向电压施加反向电压施加反向电压而而而而关断关断关断关断7/11/20247/11/20248 8金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲电感耦合式强迫换流电感耦合式强迫换流通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供换流电流换流电流换流电流换流电流CL+VDSCVT负载负载+LSVT负载负载VDb)a)图图图图4-4 4-4 电感耦合式强迫换电感耦合式强迫换电感耦合式强迫换电感耦合式强迫换流原理图流原理图流原理图流原理图 图图图图4-4a4-4a4-4a4-4a中中中中晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管在在在在LCLC振振振振荡荡荡荡第第第第一一一一个个个个半半半半周周周周期内关断期内关断期内关断期内关断 图图图图4-4b4-4b4-4b4-4b中中中中晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管在在在在LCLC振振振振荡荡荡荡第第第第二二二二个个个个半半半半周周周周期内关断期内关断期内关断期内关断7/11/20247/11/20249 9金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲电感耦合式强迫换流电感耦合式强迫换流通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供换流电流换流电流换流电流换流电流CL+VDSCVT负载负载+LSVT负载负载VDb)a)图图4-4 电感耦合式强迫换电感耦合式强迫换流原理图流原理图 图图图图a a a a中，接通中，接通中，接通中，接通S S后，后，后，后，LCLC振振振振荡荡荡荡电流将反向流过电流将反向流过电流将反向流过电流将反向流过VTVT，与与与与VTVT的负载的负载的负载的负载电流相减电流相减电流相减电流相减，直到，直到，直到，直到VTVT的合成的合成的合成的合成正向电流减至零正向电流减至零正向电流减至零正向电流减至零后，再流过二极管后，再流过二极管后，再流过二极管后，再流过二极管VDVD。7/11/20247/11/20241010金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲 图图图图b b b b中，接通中，接通中，接通中，接通S S后，后，后，后，LCLC振振振振荡荡荡荡电流先正向流过电流先正向流过电流先正向流过电流先正向流过VTVT并和并和并和并和VTVT中原有的负载电流叠加，中原有的负载电流叠加，中原有的负载电流叠加，中原有的负载电流叠加，经经经经过半个振荡周期过半个振荡周期过半个振荡周期过半个振荡周期 振荡振荡振荡振荡电流反电流反电流反电流反向流过向流过向流过向流过VTVT，直到，直到，直到，直到VTVTVTVT的的的的合成合成合成合成正向电流减至零后，再流正向电流减至零后，再流正向电流减至零后，再流正向电流减至零后，再流过二极管过二极管过二极管过二极管VDVD。电感耦合式强迫换流电感耦合式强迫换流通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供通过换流电路内电容和电感的耦合提供换流电流换流电流换流电流换流电流CL+VDSCVT负载负载+LSVT负载负载VDb)a)图图4-4 电感耦合式强迫换电感耦合式强迫换流原理图流原理图7/11/20247/11/20241111金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.2 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路4.2.1 4.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路4.2.2 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路7/11/20247/11/20241212金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.2.1 4.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路1半桥逆变电路 半桥逆变电路有两个桥臂，半桥逆变电路有两个桥臂，半桥逆变电路有两个桥臂，半桥逆变电路有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一每个桥臂有一个可控器件和一每个桥臂有一个可控器件和一每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。个反并联二极管组成。个反并联二极管组成。个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联在直流侧接有两个相互串联在直流侧接有两个相互串联在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的的足够大的电容，两个电容的的足够大的电容，两个电容的的足够大的电容，两个电容的联结点是直流电源的中点联结点是直流电源的中点联结点是直流电源的中点联结点是直流电源的中点。负载联结在直流电源中点和负载联结在直流电源中点和负载联结在直流电源中点和负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。两个桥臂联结点之间。两个桥臂联结点之间。两个桥臂联结点之间。图图4-6 单相半桥电压型单相半桥电压型逆变电路逆变电路+-RLa)UdiouoV1V2VD1VD2Ud2Ud27/11/20247/11/20241313金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲ttOOb)uoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2+-RLa)UdiouoV1V2VD1VD2Ud2Ud2图图4-6 单相半桥电压型单相半桥电压型逆变电路逆变电路 t t2 2时刻以前时刻以前时刻以前时刻以前V V1 1通，通，通，通，V V2 2断断断断 t t2 2时刻给时刻给时刻给时刻给V V1 1关断信号，给关断信号，给关断信号，给关断信号，给 V V2 2开开开开通信号，则通信号，则通信号，则通信号，则V V1 1关断，但感性负载关断，但感性负载关断，但感性负载关断，但感性负载中中中中i io o不能立即改变方向，于是不能立即改变方向，于是不能立即改变方向，于是不能立即改变方向，于是VDVD2 2导通续流。导通续流。导通续流。导通续流。i i i io o下降。下降。下降。下降。t t3 3时时时时刻刻刻刻i io o降降降降为为为为零零零零时时时时，VDVD2 2截截截截止止止止，V V2 2开通，开通，开通，开通，i io o开始反向。开始反向。开始反向。开始反向。t t4 4时时时时刻刻刻刻给给给给V V2 2关关关关断断断断信信信信号号号号，给给给给V V1 1开开开开通通通通信信信信号号号号，V V2 2关关关关断断断断，VDVD1 1先先先先导导导导通通通通续续续续流流流流，t t5 5时刻时刻时刻时刻V V才开通。才开通。才开通。才开通。输输输输出出出出电电电电压压压压uouououo为为为为矩矩矩矩形形形形波波波波，幅幅幅幅值值值值为为为为Um=Ud/2Um=Ud/2Um=Ud/2Um=Ud/2 输输输输出出出出电电电电流流流流ioioioio波波波波形形形形随随随随负负负负载载载载情情情情况况况况而而而而异。异。异。异。+_+_7/11/20247/11/20241414金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲ttOOb)uoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2+-RLa)UdiouoV1V2VD1VD2Ud2Ud2图图4-6 单相半桥电压型单相半桥电压型逆变电路逆变电路+_对电压波形进行定量分析将幅值对电压波形进行定量分析将幅值对电压波形进行定量分析将幅值对电压波形进行定量分析将幅值为为为为U Uo o的矩形波的矩形波的矩形波的矩形波u uo o展开成傅里叶级展开成傅里叶级展开成傅里叶级展开成傅里叶级数，得数，得数，得数，得其中基波有效值其中基波有效值其中基波有效值其中基波有效值U Uo1o1分别为分别为分别为分别为输出电压有效值为输出电压有效值为输出电压有效值为输出电压有效值为7/11/20247/11/20241515金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲半桥逆变电路特点半桥逆变电路特点半桥逆变电路特点半桥逆变电路特点 优点优点优点优点 简单，使用器件少简单，使用器件少简单，使用器件少简单，使用器件少 缺点缺点缺点缺点 输出交流电压幅值输出交流电压幅值输出交流电压幅值输出交流电压幅值U Umm仅为仅为仅为仅为U Ud d/2/2，直流，直流，直流，直流侧需两电容器串联，工作时要控制两个电容器电压均衡侧需两电容器串联，工作时要控制两个电容器电压均衡侧需两电容器串联，工作时要控制两个电容器电压均衡侧需两电容器串联，工作时要控制两个电容器电压均衡半桥逆变电路常用于几半桥逆变电路常用于几半桥逆变电路常用于几半桥逆变电路常用于几kWkWkWkW以下的小功率逆变电源以下的小功率逆变电源以下的小功率逆变电源以下的小功率逆变电源7/11/20247/11/20241616金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲全桥逆变电路+-CRLUdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio图图4-5 电压型全桥逆变电路电压型全桥逆变电路(全桥逆变电路）全桥逆变电路）电压型全桥逆变共电压型全桥逆变共电压型全桥逆变共电压型全桥逆变共4 4 4 4个桥个桥个桥个桥臂，臂，臂，臂，桥臂桥臂桥臂桥臂1 1 1 1和和和和4 4 4 4为一对为一对为一对为一对，桥臂桥臂桥臂桥臂2 2 2 2和和和和3 3 3 3为另一对为另一对为另一对为另一对，成，成，成，成对桥臂同时导通，对桥臂同时导通，对桥臂同时导通，对桥臂同时导通，两对两对两对两对交替各导通交替各导通交替各导通交替各导通1801801801804.2.1 4.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路7/11/20247/11/20241717金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲ttOOONb)uoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1、4V2、3V1、4V2、3VD1、4VD2、3VD1、4VD2、3图图4-6 单相全桥电压型逆变电路单相全桥电压型逆变电路+-CRLUdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio+_+_7/11/20247/11/20241818金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲ttOOONb)uoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1、4V2、3V1、4V2、3VD1、4VD2、3VD1、4VD2、3图图4-6 单相全桥电压型逆变电路单相全桥电压型逆变电路+-CRLUdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio+_全桥逆变电路是单相逆变电路中全桥逆变电路是单相逆变电路中全桥逆变电路是单相逆变电路中全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的，对电压波形进行定应用最多的，对电压波形进行定应用最多的，对电压波形进行定应用最多的，对电压波形进行定量分析将幅值为量分析将幅值为量分析将幅值为量分析将幅值为U Uo o的矩形波的矩形波的矩形波的矩形波u uo o展展展展开成傅里叶级数，得开成傅里叶级数，得开成傅里叶级数，得开成傅里叶级数，得其中基波有效值其中基波有效值其中基波有效值其中基波有效值U Uo1o1分别为分别为分别为分别为输出电压有效值为输出电压有效值为输出电压有效值为输出电压有效值为7/11/20247/11/20241919金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲例、单相全桥逆变电路中，例、单相全桥逆变电路中，Ud=300V，向，向Rd=8，L=0.02H，的阻感负载供电，求的阻感负载供电，求1 1、3 3、5 5次谐波电流的大小及功率。次谐波电流的大小及功率。解解:3 35 57/11/20247/11/20242020金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲采用移相方式调节逆变电路的输出电压采用移相方式调节逆变电路的输出电压采用移相方式调节逆变电路的输出电压采用移相方式调节逆变电路的输出电压实际就是调节输出电压脉冲的宽度实际就是调节输出电压脉冲的宽度实际就是调节输出电压脉冲的宽度实际就是调节输出电压脉冲的宽度移相调压移相调压图图4-7 单相全桥逆变电路的单相全桥逆变电路的移相调压方式移相调压方式a)各各各各IGBTIGBT栅极信号为栅极信号为栅极信号为栅极信号为180180180180正偏，正偏，正偏，正偏，180180180180反偏，且反偏，且反偏，且反偏，且V V1 1和和和和V V2 2栅极信号互补，栅极信号互补，栅极信号互补，栅极信号互补，V V3 3和和和和V V4 4栅极信号互补栅极信号互补栅极信号互补栅极信号互补 V V3 3的基极信号不是比的基极信号不是比的基极信号不是比的基极信号不是比V V1 1落后落后落后落后180180180180，而是只落后，而是只落后，而是只落后，而是只落后q q q q (0(0(0(0 q q q q 180180180180)V V3 3、V V4 4的栅极信号分别比的栅极信号分别比的栅极信号分别比的栅极信号分别比V V2 2、V V1 1的前移的前移的前移的前移180180180180-q q q q 输出电压输出电压输出电压输出电压u uo o是正负各为是正负各为是正负各为是正负各为q q q q 的脉冲的脉冲的脉冲的脉冲+-CRLUdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio7/11/20247/11/20242121金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲tOtOtOtOtOq qb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouol l t t1 1时刻前时刻前时刻前时刻前V V1 1和和和和V V4 4导通，导通，导通，导通，输出电压输出电压输出电压输出电压u uo o为为为为u ud dl l t t1 1时刻时刻时刻时刻V V3 3和和和和V V4 4栅极信号栅极信号栅极信号栅极信号反向，反向，反向，反向，V V4 4截止，因截止，因截止，因截止，因i io o不能突不能突不能突不能突变，变，变，变，V V3 3不能立即导通，不能立即导通，不能立即导通，不能立即导通，VDVD3 3导通续流，因导通续流，因导通续流，因导通续流，因V V1 1和和和和VDVD3 3同时同时同时同时导通，所以输出电压为零导通，所以输出电压为零导通，所以输出电压为零导通，所以输出电压为零+_+-CRLUdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio7/11/20247/11/20242222金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲l l t t2 2时刻时刻时刻时刻V V1 1和和和和V V2 2栅极信号栅极信号栅极信号栅极信号反向，反向，反向，反向，V V1 1截止，截止，截止，截止，V V2 2不能立不能立不能立不能立即导通，即导通，即导通，即导通，VDVD2 2导通续流，和导通续流，和导通续流，和导通续流，和VDVD3 3构成电流通道，输出电构成电流通道，输出电构成电流通道，输出电构成电流通道，输出电压为压为压为压为-U Ud dl l 到负载电流过零开始反到负载电流过零开始反到负载电流过零开始反到负载电流过零开始反向，向，向，向，VDVD2 2和和和和VDVD3 3截止，截止，截止，截止，V V2 2和和和和V V3 3开始导通，开始导通，开始导通，开始导通，u uo o仍为仍为仍为仍为-U Ud dtOtOtOtOtOq qb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo+-CRLUdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio+_7/11/20247/11/20242323金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲l l t t3 3时刻时刻时刻时刻V V3 3和和和和V V4 4栅极信号栅极信号栅极信号栅极信号再次反向，再次反向，再次反向，再次反向，V V3 3截止，截止，截止，截止，V V4 4不不不不能立刻导通，能立刻导通，能立刻导通，能立刻导通，VDVD4 4导通续导通续导通续导通续流，流，流，流，u uo o再次为零再次为零再次为零再次为零l l 输出电压输出电压输出电压输出电压u uo o的正负脉冲的正负脉冲的正负脉冲的正负脉冲宽度各为宽度各为宽度各为宽度各为 ，改变，改变，改变，改变 ，可调节输出电压可调节输出电压可调节输出电压可调节输出电压tOtOtOtOtOq qb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo+_+-CRLUdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio+_7/11/20247/11/20242424金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲半桥逆变电路也可采用移相调压么？半桥逆变电路也可采用移相调压么？uu纯电阻负载时可以纯电阻负载时可以纯电阻负载时可以纯电阻负载时可以。采用移相调压来调节半桥逆变。采用移相调压来调节半桥逆变。采用移相调压来调节半桥逆变。采用移相调压来调节半桥逆变电路的输出电压，电路的输出电压，电路的输出电压，电路的输出电压，上下两桥臂栅极信号不再是各上下两桥臂栅极信号不再是各上下两桥臂栅极信号不再是各上下两桥臂栅极信号不再是各180180180180正偏、正偏、正偏、正偏、180180180180反偏且互补，反偏且互补，反偏且互补，反偏且互补，而是而是而是而是正偏宽度为正偏宽度为正偏宽度为正偏宽度为，反偏宽度为反偏宽度为反偏宽度为反偏宽度为360360360360-，两者相位差为，两者相位差为，两者相位差为，两者相位差为180180180180。这时输。这时输。这时输。这时输出电压出电压出电压出电压u uo o也是正负脉冲的宽度各为也是正负脉冲的宽度各为也是正负脉冲的宽度各为也是正负脉冲的宽度各为。tttq qb)uG1uG2uo_+-Ra)UdiouoV1V2VD1VD2Ud2Ud2+_7/11/20247/11/20242525金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲+_半桥逆变电路也可采用移相调压么？半桥逆变电路也可采用移相调压么？为什么阻感负载不可以？为什么阻感负载不可以？为什么阻感负载不可以？为什么阻感负载不可以？tb)uottq quG1uG2+-RLa)UdiouoV1V2VD1VD2Ud2Ud2+_小电感小电感小电感小电感7/11/20247/11/20242626金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.2.2 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路图图4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路l 电压型三相桥式逆变电路也是电压型三相桥式逆变电路也是180180导电方式。导电方式。l在任一瞬间将有三个桥臂同时导在任一瞬间将有三个桥臂同时导通。通。l VT612VT123VT234VT345VT456VT561l每桥臂导电角度每桥臂导电角度180180，同一相，同一相上下两臂交替导电。上下两臂交替导电。l每次换流都是在同一相上下两臂每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为之间进行，也称为纵向换流纵向换流NN+-ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD62UdUd27/11/20247/11/20242727金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲NN+-ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD62UdUd228UdUdUd/32Ud/3Ud/32Ud/3A B C B A C7/11/20247/11/20242828金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲297/11/20247/11/20242929金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲三桥式逆变电路输出线电压三桥式逆变电路输出线电压三桥式逆变电路输出线电压三桥式逆变电路输出线电压u uUVUV展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得式中，式中，式中，式中，n=6kn=6kn=6kn=6k1,k1,k1,k1,k为自然数为自然数为自然数为自然数输出线电压有效值输出线电压有效值输出线电压有效值输出线电压有效值U UUVUV为为为为基波有效值为基波有效值为基波有效值为基波有效值为(4-8)(4-9)(4-11)7/11/20247/11/20243030金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲三桥式逆变电路负载相电压三桥式逆变电路负载相电压三桥式逆变电路负载相电压三桥式逆变电路负载相电压u uUNUN展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得式中，式中，式中，式中，n=6kn=6kn=6kn=6k1,k1,k1,k1,k为自然数为自然数为自然数为自然数负载相电压有效值负载相电压有效值负载相电压有效值负载相电压有效值U UUNUN为为为为(4-12)(4-12)(4-13)(4-13)基波有效值为基波有效值为基波有效值为基波有效值为(4-15)(4-15)7/11/20247/11/20243131金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲NN+-ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD62UdUd2uu为了防止同一相上下两桥臂开关器件同时导通而引起的为了防止同一相上下两桥臂开关器件同时导通而引起的为了防止同一相上下两桥臂开关器件同时导通而引起的为了防止同一相上下两桥臂开关器件同时导通而引起的直流侧电源短路，要采取直流侧电源短路，要采取直流侧电源短路，要采取直流侧电源短路，要采取“先断后通先断后通先断后通先断后通”的方法。的方法。的方法。的方法。120120导电型导电型VTVT6 61 1VTVT1 12 2VTVT2 23 3VTVT4 45 5VTVT3 34 4VTVT5 56 6(B)N+-ACUdi iB B=0=0 U UBNBN=0=0 U UB B=U=UN N -+Ud2-+Ud2(A)N+-BCUd-+Ud2-+Ud27/11/20247/11/20243232金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.3 4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路4.3.1 4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路4.3.2 4.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路(B)N+-ACUd-+Ud2-+Ud2(A)N+-BCUd-+Ud2-+Ud2(C)N+-BAUd-+Ud2-+Ud2(B)N+-CAUd-+Ud2-+Ud2(A)N+-CBUd-+Ud2-+Ud2(C)N+-ABUd-+Ud2-+Ud2VT61VT12VT23VT45VT34VT567/11/20247/11/20243333金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.3.1 4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路图图4-12 单相桥式电流型（并单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路联谐振式）逆变电路 串联一个电抗器串联一个电抗器LT，用来限，用来限制晶闸管开通时的制晶闸管开通时的di/dt，各各桥臂的桥臂的LT之间之间不存在互感不存在互感。l使桥臂使桥臂1 1、4 4和桥臂和桥臂2 2、3 3以以10002500Hz10002500Hz的中频轮流导的中频轮流导通，就可以在负载上得到通，就可以在负载上得到中中频交流电频交流电。l 采用采用负载换相方式负载换相方式，要，要求求负载电流略超前于负载电负载电流略超前于负载电压压。ABCRLLdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio7/11/20247/11/20243434金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.3.1 4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路图图4-12 单相桥式电流型（并单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路联谐振式）逆变电路 lR和和L串联为电炉的等效电路，串联为电炉的等效电路，因功率因数很低，故并联补偿电因功率因数很低，故并联补偿电容器容器C。则。则C和和L、R构成并联谐构成并联谐振电路，故此电路称为振电路，故此电路称为并联谐振并联谐振式式逆变电路。逆变电路。l因基波频率接近负载电路谐振因基波频率接近负载电路谐振频率，故与基波频率有关的电压频率，故与基波频率有关的电压易通过，而非基波（谐波）频率易通过，而非基波（谐波）频率的电压不易通过。谐波在负载电的电压不易通过。谐波在负载电路上产生的压降很小，因此路上产生的压降很小，因此负载负载电压波形接近正弦波。电压波形接近正弦波。ABCRLLdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio7/11/20247/11/20243535金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.3.1 4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路图图4-12 单相桥式电流型（并单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路联谐振式）逆变电路 l由于负载换流时要求负载电流由于负载换流时要求负载电流超前电压，因此负载电路总体超前电压，因此负载电路总体工作在工作在容性小失谐容性小失谐的情况下。的情况下。l由于由于输入串入大电感输入串入大电感，所以交，所以交流流输出电流波形接近矩形波输出电流波形接近矩形波。ABCRLLdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio7/11/20247/11/20243636金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲tOtttOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7uouABIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4ABCRLLdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio+_换流时间换流时间 t t4 4-t-t2 2=t=tVTVT管继续受反压时间管继续受反压时间 t t=t=t5 5-t-t4 4触发引前时间触发引前时间 t t=t t t t电流超前电压时间电流超前电压时间 t t=t t t t/2/2=/2/2+_tf ftg gtd dtb b阻抗角阻抗角7/11/20247/11/20243737金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲如忽略换流过程，如忽略换流过程，io可近似成矩形波，展开成傅里叶级可近似成矩形波，展开成傅里叶级数数 基波电流有效值基波电流有效值Io1为为(4-19)(4-20)7/11/20247/11/20243838金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲tOtttOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7uouABIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4tf ftg gtd dtb b如忽略电抗器如忽略电抗器Ld的损耗，的损耗，uAB的平均值等于的平均值等于Ud.o近似认为近似认为cos(cos(g/2)g/2)1ABCRLLdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio7/11/20247/11/20243939金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.3.2 4.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路图图4-11 电流型三相桥式逆电流型三相桥式逆变电路变电路基本工作方式是基本工作方式是120120导电方式。导电方式。VT1VT6的顺序每隔的顺序每隔6060依次导通。依次导通。（VT61VT12VT23VT34VT45VT56）每时刻上下桥臂组各有一个臂导通每时刻上下桥臂组各有一个臂导通。电路工作在电路工作在横向换流横向换流方式。方式。7/11/20247/11/20244040金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲tOtOtOIdiViWiU图图4-14 电流型三相桥式电流型三相桥式逆变电逆变电路输出波形路输出波形 l输出电流波形和负载性质无输出电流波形和负载性质无关，是关，是正负脉冲各正负脉冲各120120的矩的矩形波形波l输出电流波形输出电流波形和和三相桥式可三相桥式可控整流电路在大电感负载下控整流电路在大电感负载下的交流输入电流波形相同的交流输入电流波形相同，谐波分析表达式也相同谐波分析表达式也相同输出交流电流的基波有效值输出交流电流的基波有效值IU1和直流电流和直流电流Id的关系为的关系为(4-22)iUiViW返回返回T T5656T T6161T T1212T T2323T T3434T T45457/11/20247/11/20244141金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲l串串联联二二极极管管式式晶晶闸闸管管逆逆变变电电路路主主要要用用于于中中大大功功率率交交流流电电动动机机调调速速系统系统l电电流流型型三三相相桥桥式式逆逆变变电电路路，各各桥桥臂臂的的晶晶闸闸管管和和二二极极管管串串联联使使用用，电电路路仍仍为为120120导导电电工工作作方方式式，输输出波形和出波形和图图4-144-14的波形大体相同的波形大体相同l各各桥桥臂臂之之间间换换流流采采用用强强迫迫换换流流方方式，电容式，电容C1C6为换流电容为换流电容M3UVW+-LIdC1C2C3C4C5C6VD1VD2VD3VD4VD5VD6UdVT1VT2VT3VT4VT5VT6图图4-15 串联二极管串联二极管式晶闸管式晶闸管逆变电路逆变电路 M3UVW+-LIdC1C2C34C5C6UdVT1VT2VT3VT4VT5VT6CM3UVW+LIdUdVT1VT2VT3VT4VT5VT67/11/20247/11/20244242金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲M3UVW+-LIdC1C2C3C4C5C6VD1VD2VD3VD4VD5VD6UdVT1VT2VT3VT4VT5VT6图图4-15 串联二极管串联二极管式晶闸管式晶闸管逆变电路逆变电路 l电容上极性判断：电容上极性判断：l对共阳极晶闸管，对共阳极晶闸管，电容器与导通晶电容器与导通晶闸管相连一端极性为正闸管相连一端极性为正，另一端为另一端为负负，不与导通晶闸管相连的另一电不与导通晶闸管相连的另一电容器电压为零。容器电压为零。l共阴极晶闸管与共阳极晶闸管情况共阴极晶闸管与共阳极晶闸管情况类似，只是电容器电压类似，只是电容器电压极性相反。极性相反。l等效换流电容概念等效换流电容概念l如如VT1换到换到VT3，C13=（C5串联串联C3）并联）并联C1=3C/27/11/20247/11/20244343金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲M3UVW+-LIdC1C2C3C4C5C6VD1VD2VD3VD4VD5VD6UdVT1VT2VT3VT4VT5VT6讨论讨论VT1管换流到管换流到VT3管的过程。管的过程。tOtOtOIdiViWiUT T5656T T6161T T1212T T2323T T3434T T4545稳态稳态7/11/20247/11/20244444金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲M3UVW+-LIdC1C2C3C4C5C6VD1VD2VD3VD4VD5VD6UdVT1VT2VT3VT4VT5VT6+-UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13 恒流放电恒流放电换流过程可分为换流过程可分为 两个阶两个阶段段 二极管换流二极管换流讨论讨论VT1管换流到管换流到VT3管的过程。管的过程。tOtOtOIdiViWiUT T5656T T6161T T1212T T2323T T3434T T4545稳态稳态暂态暂态7/11/20247/11/20244545金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲M3UVW+-LIdC1C2C3C4C5C6VD1VD2VD3VD4VD5VD6UdVT1VT2VT3VT4VT5VT6+-UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13讨论讨论VT1管换流到管换流到VT3管的过程。管的过程。稳态稳态暂态暂态ttOuOiUCOuC13uC5uC3-UCOIdiUiVt1t2t3+恒流放电恒流放电换流过程可分为换流过程可分为 两个阶两个阶段段 二极管换流二极管换流7/11/20247/11/20244646金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲电压型电路电压型电路输出电压是矩形波输出电压是矩形波电流型电路电流型电路输出电流是矩形波输出电流是矩形波减少矩形波减少矩形波中所含谐波中所含谐波多重逆变电路把多重逆变电路把几个矩形波组几个矩形波组合起来合起来，使之接近正弦波形，使之接近正弦波形改变电路结构得多电平逆变电路，它能改变电路结构得多电平逆变电路，它能输出较输出较多电平多电平，使输出电压接近正弦波形，使输出电压接近正弦波形7/11/20247/11/20244747金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲 4.4 4.4 多重逆变电多重逆变电路和多电平逆变电路路和多电平逆变电路4.4.1 4.4.1 多重逆变电路多重逆变电路4.4.2 4.4.2 多电平逆变电路多电平逆变电路7/11/20247/11/20244848金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲4.4.1 4.4.1 多重逆变电路多重逆变电路l电压型逆变电压型逆变电路和电路和电流电流型逆变型逆变电路都可以实现多电路都可以实现多重化重化l二重单相电压型逆变电二重单相电压型逆变电路由两个单相全桥逆变电路由两个单相全桥逆变电路组成，路组成，输出通过变压器输出通过变压器T1和和T2串联起来串联起来UdT1T2u1u2uoj j=600图图4-20 4-20 二重单相逆变电路二重单相逆变电路7/11/20247/11/20244949金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲u相位相位u1和和u2相位错开相位错开j j=60，则，则对于对于u1和和u2中的中的3 3次谐波错开了次谐波错开了3 36060=180=180u 通过变压器串联合成后，通过变压器串联合成后，两者两者中所含中所含3 3次谐波互相抵消次谐波互相抵消，所得到，所得到的总输出电压中不含的总输出电压中不含3 3次谐波次谐波UdT1T2u1u2uoj j=600120180三次谐波三次谐波ttOu1tOu2Ouo607/11/20247/11/20245050金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲多重逆变电路多重逆变电路串联多重串联多重并联多重并联多重把几个逆变电路的输出串把几个逆变电路的输出串联起来，多用于电压型逆联起来，多用于电压型逆变电路的多重化变电路的多重化把几个逆变电路的输出并把几个逆变电路的输出并联起来，多用于电流型逆联起来，多用于电流型逆变电路的多重化变电路的多重化7/11/20247/11/20245151金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲tOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)uUNuUNuUVuVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62Ud3NN+-UVWV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2Ud4.4.2 4.4.2 多电平逆变电路多电平逆变电路图图4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路以直流侧中以直流侧中N为参考点为参考点.电电路路输输出出相相电电压压有有Ud/2和和-Ud/2两种电平，称为两种电平，称为两电平逆变电路两电平逆变电路7/11/20247/11/20245252金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲+-+UV+WUdVD1V11OV12VD11VD12VD4V41V42VD41VD42iULsRs图图4-25 三电平逆变电路三电平逆变电路中点钳位型逆变电路中点钳位型逆变电路 三电平逆变电路三电平逆变电路l每桥臂由每桥臂由两个全控器两个全控器件串联构成件串联构成，两个器件两个器件都反并联了二极管都反并联了二极管。两两个串联器件的中点通过个串联器件的中点通过钳位二极管和直流侧电钳位二极管和直流侧电容的中点相连接容的中点相连接 7/11/20247/11/20245353金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲图图4-25 三电平逆变电路三电平逆变电路l U相相上上下下桥桥臂臂分分别别通通过过钳钳位位二二极极管管VD1和和VD4与与OO点点相连接，以相连接，以U相为例相为例l V11和和V12（或或VD11和和VD12）导导通通，V41和和V42关关断断，U点和点和OO间电位差为间电位差为Ud/2l V41和和V42（或或VD41和和VD42）导导通通，V11和和V12关关断断，U点和点和OO间电位差为间电位差为-Ud/2l V12和和V41导导通通，V11和和V42关关断断时时，U点点和和OO间间电电位位差差为为0 0Ud2Ud2+_+_+-+UV+WUdVD1V11OV12VD11VD12VD4V41V42VD41VD42iULsRs7/11/20247/11/20245454金陵科技学院机电工程学院电气系金陵科技学院机电工程学院电气系 杭阿芳主讲杭阿芳主讲结束结束!7/11/20247/11/20245555