电流型逆变电路的输出电流是矩形波课件

4.1 换流方式换流方式 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路 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第第4 4章章 逆变电路逆变电路第4章 逆变电路逆变的概念逆变的概念 与整流相对应，与整流相对应，直流电直流电变成变成交流电交流电。交流侧接电网，为交流侧接电网，为有源逆变有源逆变。交流侧接负载，为交流侧接负载，为无源逆变无源逆变，本章主要讲述无源逆变。，本章主要讲述无源逆变。逆变与变频逆变与变频 变频电路：分为变频电路：分为交交变频交交变频和和交直交变频交直交变频两种。两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，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。后一部分就是逆变。逆变电路的逆变电路的主要应用主要应用 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。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。等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。第4章 逆变电路引言引言逆变的概念第4章 逆变电路引言 4.1.14.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理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换流方式分类换流方式分类4.1 换流方式4.1 换流方式以单相桥式逆变电路单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理图5-1 逆变电路及其波形举例负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。4.1 换流方式4.1.1 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图5-1 逆变电+-S1、S4闭合、S2、S3断开4.1.1 逆变电路基本工作原理+-S1、S4闭合、S2、S3断开4.1.1 逆变电路4.1.1 逆变电路基本工作原理-+S1、S4断开、S2、S3闭合4.1.1 逆变电路基本工作原理-+S1、S4断开、S2S1、S4闭合闭合，S2、S3断开断开时，负载电压uo为正正。S1、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4.1.1 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。直流电4逆逆变变电电路路最最基基本本的的工工作作原原理理 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。电电阻阻负负载载时，负载电流i io o和u uo o的波形相同，相位也相同。阻阻感感负负载载时，i io o相位滞后于u uo o，波形也不同。阻性阻性阻感性阻感性4.1.1 逆变电路的基本工作原理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 逆变电路逆变电路第第5章章 以上讨论的仅仅是逆变器的主电路，要构成一个完整的逆以上讨论的仅仅是逆变器的主电路，要构成一个完整的逆变器除了主电路之外还要有其它附加电路，其基本结构如下图变器除了主电路之外还要有其它附加电路，其基本结构如下图所示，除逆变主电路外还包括：所示，除逆变主电路外还包括：逆变电路第5章 以上讨论的仅仅是逆变器的主电路，要 逆变电路逆变电路第第4章章 逆变电路第4章4.1.2 换流方式分类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。开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。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。研究换流方式主要是研究如何使器件关断。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。4.1.2 换流方式分类换流电流从一个支路向另一个支路4.1.2 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）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。3)负载换流（Load Commutation）u由负载提供换相电压的换流方式。u负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。4.1.2 换流方式分类1)器件换流（Device Co4)强迫换流（Forced Commutation）4.1.2 换流方式分类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。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。分类4)强迫换流（Forced Commutation）4.1.直接耦合式直接耦合式强迫换流 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。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电感耦合式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。也叫电流换流电流换流。4.1.2 换流方式分类直接耦合式强迫换流图5-3直接耦合式强迫换流原理图图5-4 4.1.2 换流方式分类换流方式总结：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，则称为熄灭熄灭。4.1.2 换流方式分类换流方式总结：4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路又称为电压源型逆变电路Voltage Source Type Inverter-VSTI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-VSTI直流侧是电流源电流源1）逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路又称为电压源型逆变4.2 电压型逆变电路图5-5 电压型全桥逆变电路 (1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动无脉动。(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。2）电压型逆变电路的特点4.2 电压型逆变电路图5-5 电压型全桥逆变电路 (4.2.1 单相电压型逆变电路u图56 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD21）半桥逆变电路工作原理uV1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。uV1或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、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。4.2.1 单相电压型逆变电路u图56 单相半桥电压型逆半桥逆变电路半桥逆变电路t1t2：C1V1负载，输出电压右正左负-+半桥逆变电路t1t2：C1V1负载，输出电压右正左t2t3：C2VD2负载，二极管VD2续流，输出电压左正右负+-半桥逆变电路半桥逆变电路t2t3：C2VD2负载，二极管VD2续流，输出电t3t4：C2V2负载，输出电压右正左负+-半桥逆变电路半桥逆变电路t3t4：C2V2负载，输出电压右正左负+-+t4t5：C1VD1负载，二极管VD1续流，输出电压左负右正半桥逆变电路半桥逆变电路-+t4t5：C1VD1负载，二极管VD1续-+-+-+工作原理工作原理V1和和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u uo o为矩形为矩形波，幅值为波，幅值为Um=Ud/2。V1或或V2通时，通时，i io o和和u uo o同方向，直流侧向负载提供能量；同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或或VDVD2 2通时，通时，i io o和和u uo o反向，反向，电感中贮能向直流侧反馈。电感中贮能向直流侧反馈。VDVD1 1、VDVD2 2称为称为反馈二极管反馈二极管,起着使负载电流连续的作用，起着使负载电流连续的作用，又称又称续流二极管续流二极管。半桥逆变电路半桥逆变电路-+-+-+工作原理半桥逆变u优点优点：电路简单，使用器件少。u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。u应用应用：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。半桥逆变电路半桥逆变电路优点：电路简单，使用器件少。半桥逆变电路全桥逆变电路全桥逆变电路 共四个桥臂，可看成共四个桥臂，可看成两个半桥电路两个半桥电路组合组合而成。而成。两对桥臂交替导通两对桥臂交替导通180。输出电压和电流波形与半桥电路形状相输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，但幅值高出一倍。同，但幅值高出一倍。在这种情况下，要改变输出交流电压的在这种情况下，要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。来实现。其中基波的幅值其中基波的幅值Uo1m和基波有效值和基波有效值Uo1分别为分别为 图图4-5 全桥逆变电路全桥逆变电路(4-1)(4-2)(4-3)4.2.1 单相电压型逆变电路uUd的矩形波的矩形波uo展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得全桥逆变电路 其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别阻感负载时，还可采用移相的方式来调节输出电压移相调压移相调压。a)图4-7 单相全桥逆变电路的移相调压方式tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo各栅极信号为180正偏，180反偏，且V1和V2互补，V3和V4互补关系不变V3的基极信号比V1落后q（0 q 180）。V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180q。输出电压是正负各为q的脉冲。改变q就可调节输出电压。全桥逆变电路全桥逆变电路移相调压控制方式阻感负载时，还可采用移相的方式来调节输出电压移相调压。a)全桥逆变电路全桥逆变电路tOtOtOtOtO b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo工作过程工作过程 t1时刻前时刻前V1和和V4导通，导通，uo=Ud。t1时刻时刻V4截止，而因负载电感中的电流截止，而因负载电感中的电流io不能突变，不能突变，V3不能立刻导通，不能立刻导通，VD3导通导通续流，续流，uo=0。t2时刻时刻V1截止，而截止，而V2不能立刻导通，不能立刻导通，VD2导通续流，和导通续流，和VD3构成电流通道，构成电流通道，uo=-Ud。到负载电流过零并开始反向时，到负载电流过零并开始反向时，VD2和和VD3截止，截止，V2和和V3开始导通，开始导通，uo仍为仍为-Ud。t3时刻时刻V3截止，而截止，而V4不能立刻导通，不能立刻导通，VD4导通续流，导通续流，uo再次为零再次为零。改变改变 就可调节输出电压就可调节输出电压。全桥逆变电路tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG全桥逆变电路全桥逆变电路tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo特点 共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。两对桥臂交替导通180。输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。全桥逆变电路tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4.2.2 4.2.2 三相电压型逆变三相电压型逆变电路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。式逆变电路。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 假想中点假想中点三相桥式逆变电路三相桥式逆变电路 基本工作方式是基本工作方式是180导电方式导电方式。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差120，任一瞬间有，任一瞬间有三个桥臂三个桥臂同时导通。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。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V1V6触发控制信号的波形触发控制信号的波形V1：V4：V3：V6：V5：V2：4.2.2 三相电压型逆变电路V1V6触发控制信号的波形V1：V4：V3：V6：V5：VV1V2V3V4V5V61060 ononon260120ononon3120180ononon4180240ononon5240300ononon6300360ononon4.2.2 三相电压型逆变电路V1V2V3V4V5V61060 ononon260124.2.2 4.2.2 三相电压型逆变三相电压型逆变电路电路图图4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路图4-9 三相电压型桥式逆变4.2.2 4.2.2 三相电压型逆变三相电压型逆变电路电路图图4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路图4-9 三相电压型桥式逆变1 2 34 5 64.2.2 三相电压型逆变电路1 状态状态 123456电角度电角度 060 60120120180180240240300300360导通导通开关开关 V5V5、V6V6、V1V1V V6 6、V V1 1、V V2 2V V1 1、V V2 2、V V3 3V V2 2、V V3 3、V V4 4V V3 3、V V4 4、V V5 5V V4 4、V V5 5、V V6 6负载负载等等值值电路电路 uUN 4.2.2 三相电压型逆变电路状态 123456电角度 060 60120120184.2.2 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 工作波形工作波形负载各相到电源中点N的电压：对于对于U相输出来说相输出来说，当桥臂当桥臂1导通时导通时，uUN=Ud/2，当桥臂当桥臂4导通时，导通时，uUN=-Ud/2。uUN的波形是幅值为的波形是幅值为Ud/2的的矩形波，矩形波，V、W两相的情况两相的情况和和U相类似。相类似。4.2.2 三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOt4.2.2 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 负载线电压负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式可由下式求出求出负载各相的相电压分别为负载各相的相电压分别为 (4-4)(4-5)4.2.2 三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOt4.2.2 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路把上面各式相加并整理可求得把上面各式相加并整理可求得设负载为三相对称负载，则有设负载为三相对称负载，则有uUN+uVN+uWN=0，故可得，故可得 负载参数已知时，可以由负载参数已知时，可以由uUN的波形的波形求出求出U相电流相电流iU的波形，图的波形，图4-10g给出的给出的是阻感负载是阻感负载 时时iU的波形。的波形。把桥臂把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得的电流加起来，就可得到直流侧电流到直流侧电流id的波形，如图的波形，如图4-10h所示，所示，可以看出可以看出id每隔每隔60脉动一次。脉动一次。(4-6)(4-7)负载中点和电源中点间电压tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 4.2.2 三相电压型逆变电路把上面各式相加并整理可求得设4.2.2 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路基本的数量关系基本的数量关系 把输出线电压把输出线电压uUV展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得 式中，式中，k为自然数。为自然数。输出线电压有效值输出线电压有效值UUV为为 其中基波幅值其中基波幅值UUV1m和基波有效值和基波有效值UUV1分别为分别为(4-8)(4-9)(4-10)(4-11)4.2.2 三相电压型逆变电路基本的数量关系式中，把把uUN展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得 式中，式中，k为自然数。为自然数。负载相电压有效值负载相电压有效值UUN为为 其中基波幅值其中基波幅值UUN1m和基波有效值和基波有效值UUN1分别为分别为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，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，要采取要采取“先断后通先断后通”的方法。的方法。(4-12)(4-13)(4-14)(4-15)4.2.2 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路负载相电压负载相电压 把uUN展开成傅里叶级数得 式中，UUV7=2 Ud/（3.147 ）=22.3（V）解：解：0.4520090（V）0.637200127.4（V）1.1200=220（V）0.78200=156（V）4.2.2 三相电压型逆变电路例：三相桥式电压型逆变电路，例：三相桥式电压型逆变电路，180导电方式，导电方式，Ud=200V。试求输出相电压的基波幅值试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值和有效值UUN1、输出线电、输出线电压的基波幅值压的基波幅值UUV1m和有效值和有效值UUV1、输出线电压中、输出线电压中7次谐波次谐波的有效值的有效值UUV7。UUV7=2 Ud/（3.147 ）综综上上所所述述，三三相相桥桥式式逆逆变变电电路路中中各各开开关关元元件件每每隔隔60导导通通一一个个，导导通通180后关断，各元件导通顺序为后关断，各元件导通顺序为V1V2V3V4V5V6。一个周期中逆变器输出线电压为矩形波，相电压为六阶梯波的交流电。一个周期中逆变器输出线电压为矩形波，相电压为六阶梯波的交流电。改改变变元元件件导导通通与与关关断断的的频频率率，就就能能改改变变输输出出交交流流电电频频率率，改改变变直直流流侧侧电压，就能调节交流输出电压幅值。电压，就能调节交流输出电压幅值。4.2.2 三相电压型逆变电路l在在上上述述180180导导电电方方式式逆逆变变器器中中，为为了了防防止止同同一一相相上上下下两两桥桥臂臂的的开开关关器器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取“先断后通先断后通”的方法。的方法。l即即先先给给应应关关断断的的器器件件关关断断信信号号，待待其其关关断断后后留留一一定定的的时时间间裕裕量量，然然后后再再给给应应导导通通的的器器件件发发出出开开通通信信号号，即即在在两两者者之之间间留留一一个个短短暂暂的的死死区区时时间。间。l死死区区时时间间的的长长短短要要视视器器件件的的开开关关速速度度而而定定，器器件件的的开开关关速速度度越越快快，所所留的死区时间就可以越短。留的死区时间就可以越短。l这这一一“先先断断后后通通”的的方方法法对对于于工工作作在在上上下下桥桥臂臂通通断断互互补补方方式式下下的的其其他他电电路路也也是是适适用用的的。显显然然，前前述述的的单单相相半半桥桥和和全全桥桥逆逆变变电电路路也也应应该该采采取取这一方法。这一方法。综上所述，三相桥式逆变电路中各开关元件每隔60导通一个，导4.3 4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路 4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路 4.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路4.3 电流型逆变电路4.3 4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路引言引言直流电源为直流电源为电流源电流源的逆变电路称为的逆变电路称为电流型逆变电路。电流型逆变电路。电流型逆变电路主要特点电流型逆变电路主要特点 直流侧串直流侧串大电感大电感，电流基本无脉，电流基本无脉动，相当于电流源。动，相当于电流源。交流输出电流为交流输出电流为矩形波矩形波，与负载，与负载阻抗角无关，输出电压波形和相位阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同。因负载不同而不同。直流侧电感起缓冲无功能量的作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。用，不必给开关器件反并联二极管。电流型逆变电路中，采用电流型逆变电路中，采用半控型器半控型器件件的电路仍应用较多，换流方式有的电路仍应用较多，换流方式有负载换流负载换流、强迫换流强迫换流。图图4-11 电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路 定义定义4.3 电流型逆变电路引言直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路和电压型逆变电路的不同前面所列举的各种电压型逆变电路都采用全控型前面所列举的各种电压型逆变电路都采用全控型器件，换流方式为器件换流。器件，换流方式为器件换流。采用半控型器件的电压型逆变电路已很少应用。采用半控型器件的电压型逆变电路已很少应用。而电流型逆变电路采用半控型器件的电路仍应用而电流型逆变电路采用半控型器件的电路仍应用较多；较多；电流型逆变电路就其换流方式而言，有的采用负电流型逆变电路就其换流方式而言，有的采用负载换流，有的采用强迫换流。载换流，有的采用强迫换流。4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路和电压型逆变电路的不同前面所列举的各种电压型逆4.3.1 单相电流型逆变电路图512 单相桥式电流型（并联谐振式）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，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。1)电路原理4.3.1 单相电流型逆变电路图512 单相桥式电流型由tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4图513并联谐振式逆变电路工作波形一个周期内有两个导通阶一个周期内有两个导通阶段和两个换流阶段。段和两个换流阶段。t t1 1 t t2 2：VT1和VT4稳定导通阶段稳定导通阶段，i i=I Id d，t t2 2时刻前在C上建立了左正右负的电压。t t2 2 t t4 4：t t2 2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段换流阶段。LT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。4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。LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到C。4.3.1 单相电流型逆变电路2)工作分析tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTiot=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束。t4t2=tg g 称为换流时间换流时间。保证晶闸管的可靠关断保证晶闸管的可靠关断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tb。tb b=t5-t4应大于晶闸管的关断时间tq。io在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点。4.3.1 单相电流型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4图513并联谐振式逆变电路工作波形t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束。i有关电流型逆变电路的无功功率在uAB为正的部分，直流侧电流同uAB方向相同，直流电源向负载送出能量；在uAB为负的部分，直流侧电流同uAB方向相反，直流电源从负载吸收能量，即补偿电容C的能量向直流电源反馈，由于电容上储存的是无功能量，因而电容C回馈给电源的也是无功能量。直流侧的Ld起到缓冲这种无功能量的作用（当uAB为负时，其极性同直流电源串联，势必增大Id，导致电感储能增大，这样电容C中的无功能量转移到Ld中。对电感来说，为了阻碍Id变化，两端产生感应电动势形成假想的反向电流从而向电源回馈能量）。4.3.1 单相电流型逆变电路有关电流型逆变电路的无功功率在uAB为正的部分，直流侧电流同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 4.4.1 多重逆变电路多重逆变电路 4.4.2 多电平逆变电路多电平逆变电路4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路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引言引言电压型电压型逆变电路的输出电压是矩形波，逆变电路的输出电压是矩形波，电流型电流型逆变逆变电路的输出电流是矩形波，电路的输出电流是矩形波，矩形波矩形波中含有较多的中含有较多的谐波谐波，对负载会产生不利影响。，对负载会产生不利影响。常常采用多重逆变电路把几个矩形波组合起来，使常常采用多重逆变电路把几个矩形波组合起来，使之成为之成为接近正弦波接近正弦波的波形。的波形。也可以改变电路结构，构成多电平逆变电路，它能也可以改变电路结构，构成多电平逆变电路，它能够输出较多的电平，从而使输出电压向正弦波靠够输出较多的电平，从而使输出电压向正弦波靠近。近。4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路引言电压型逆变电路的4.4.1 4.4.1 多重逆变电路多重逆变电路12060180tOtOtO三次谐波三次谐波u1u2uo图图4-20 二重单相逆变电路二重单相逆变电路 图图4-21 二重逆变电路的工作波形二重逆变电路的工作波形 二重单相电压型逆变电路二重单相电压型逆变电路 两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器压器T1和和T2串联串联起来。起来。输出波形输出波形 两个单相的输出两个单相的输出u1和和u2是是180矩形波矩形波。u1和和u2相位错开相位错开=60,其中的其中的3次谐波就次谐波就错开了错开了360=180，变压器串联合成后，变压器串联合成后，3次谐次谐波互相抵消波互相抵消，总输出电压中不含，总输出电压中不含3次谐波。次谐波。uo波形是波形是120矩形波，含矩形波，含6k1次谐波次谐波，3k次谐波都被抵消。次谐波都被抵消。由此得出的一些结论由此得出的一些结论 把若干个逆变电路的输出按一定的相位差把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。多重逆变电路有多重逆变电路有串联多重串联多重和和并联多重并联多重两种两种方式，方式，电压型逆变电路多用串联多重方式电压型逆变电路多用串联多重方式，电，电流型逆变电路多用并联多重方式。流型逆变电路多用并联多重方式。4.4.1 多重逆变电路12060180tOtOtO三4.4.1 4.4.1 多重逆变电路多重逆变电路图图4-22 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 电路分析电路分析 由两个三相桥式逆变电路构成，由两个三相桥式逆变电路构成，输出通过输出通过变压器串联变压器串联合成。合成。两个逆变电路均为两个逆变电路均为180导通方导通方式式。工作时，逆变桥工作时，逆变桥II的相位比逆的相位比逆变桥变桥I滞后滞后30。T1为为/Y联结，线电压变比为联结，线电压变比为 ，T2一次侧一次侧联结，二次侧两绕组联结，二次侧两绕组曲折曲折星形接法星形接法，其二次电压相对于一次电，其二次电压相对于一次电压而言，比压而言，比T1的接法超前的接法超前30，以抵消，以抵消逆变桥逆变桥II比逆变桥比逆变桥I滞后的滞后的30，这样，这样uU2和和uU1的的基波相位就相同基波相位就相同。如果如果T2和和T1一次侧匝数相同，一次侧匝数相同，为了使为了使uU2和和uU1基波幅值相同基波幅值相同，T2和和T1二次侧间的匝比就应为二次侧间的匝比就应为 。4.4.1 多重逆变电路图4-22 三相电压型二重逆变电路UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)tOtOtOtOtO3131)(1+)UU1UA21-UB22UU2UUN(UA1)UdUd32Ud31Ud32Ud(1+Ud31Ud图图4-23 二次侧基波电压合成相量图二次侧基波电压合成相量图 图图4-24 三相电压型二重逆变电路波形图三相电压型二重逆变电路波形图 工作波形工作波形 T1、T2二次侧基波电压二次侧基波电压合成情况的相量图如图合成情况的相量图如图4-23所示，图中所示，图中UA1、UA21、UB22分别是变压器绕组分别是变压器绕组A1、A21、B22上的基波电压相量。上的基波电压相量。由图由图4-24可以看出，可以看出，uUN比比uU1接近正弦波。接近正弦波。4.4.1 多重逆变电路多重逆变电路UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)tOtOtOt4.4.2 4.4.2 多电平逆变电路多电平逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3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 图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 回顾图回顾图4-9三相电压型桥式三相电压型桥式逆变电路和图逆变电路和图4-10的波形，的波形，以以N为参考点，输出相电压为参考点，输出相电压有有Ud/2和和-Ud/2两种电平，称两种电平，称为为两电平逆变电路两电平逆变电路。4.4.2 多电平逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa4.4.2 4.4.2 多电平逆变电路多电平逆变电路图图4-25 三电平逆变电路三电平逆变电路 三电平逆变电路三电平逆变电路 电路分析电路分析 也称也称中点钳位型中点钳位型（Neutral Point Clamped）逆逆变电路变电路。每桥臂由两个全控器件每桥臂由两个全控器件串联构成，两者都反并联了二串联构成，两者都反并联了二极管，且中点通过钳位二极管极管，且中点通过钳位二极管和直流侧中点相连和直流侧中点相连。以以U相相为例分析工作情况为例分析工作情况 V11和和V12（或（或VD11和和VD12）导通，）导通，V41和和V42关断时，关断时，UO间电位差为间电位差为Ud/2。V41和和V42（或（或VD41和和VD42）导通，）导通，V11和和V12关断时，关断时，UO间电位差为间电位差为-Ud/2。V12和和V41导通，导通，V11和和V42关断时，关断时，UO间电位差为间电位差为0。V12和和V41不能同时导通，不能同时导通，iU0时，时，V12和和VD1导通，导通，iU0时，时，V41和和VD4导通。导通。4.4.2 多电平逆变电路图4-25 三电平逆变电路 三第4章 逆变电路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。本章对逆变电路的讲述是很基本的，还远不完整。第第7章章的的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PWM控制技术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。总结第4章 逆变电路四大类基本变流电路中，AC/DC和DC/A