第3章 逆变电路及应用2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,3,章逆变电路及应用,第,*,页,浙江水利水电专科学校电气工程系,电力电子技术电子教案,第,3,章 逆变电路及应用,目录,3.1,有源逆变,3.1.1,逆变的概念,3.1.2,三相有源逆变电路,3.1.3,逆变失败与最小逆变角的限制,3.2,无源逆变,3.2.1,换流方式,3.2.2,电压型逆变电路,3.2.3,电流型逆变电路,3.2.4,脉冲宽度调制（,PWM）,型逆变电路,2,3.2,无源逆变,无源逆变，,也称,变频器。,它是将直流电变换成频率固定或可调，同时输出电压也可调节的交流电提供给负载。,变频器：交交变频和交直交变频两种。,交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。,3,无源逆变电路的应用,蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路。,交流电机调速用变频器、不间断电源、中频感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。,4,3.2.1,换流方式,3.2.1.1,逆变电路的基本工作原理,（,以单相桥式逆变电路为例）,S,1,-S,4,是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。,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，,uo,为负，把直流电变成了交流电。,图,3-5,逆变电路及其波形举例,5,3.2.1.1,逆变电路的基本工作原理,电阻负载时，负载电流,i,o,和,u,o,的波形相同，相位也相同。,阻感负载时，,i,o,相位滞后于,u,o,，,波形也不同（,图7-1,b,）,改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。,改变输入直流电压,U,，可改变输出交流电压。,6,3.2.1.2,换流方式分类,1,、什么是换流？,换流,（,Commutation,）,电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称,换相,。,换流过程总是伴随着开关器件的开通与关断。,研究换流方式主要是研究如何使器件开通与关断。,7,2,、换流方式的分类,（,1,）,器件换流,（,Device Commutation）,利用全控型器件的自关断能力进行换流。,（,2),电网换流,（,Line Commutation）,由电网提供换流电压称为电网换流。,(3),负载换流,（,Load Commutation）,由负载提供换流电压称为负载换流。,8,基本的负载换流逆变电路：,采用晶闸管，电流型逆变电路,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,电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入，直流侧串入大电感,L,d,，,i,d,基本没有脉动,图,3-6,负载换流电路及其工作波形,9,工作过程,（,工作波形图7-2,b,）,4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波,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，,u,o,波形接近正弦,t,1,前：,VT,1,、VT,4,通，,VT,2,、VT,3,断，,u,o,、,i,o,均为正，,VT,2,、VT,3,电压即为,u,o,t,1,时：触发,VT,2,、VT,3,使其开通，,u,o,加到,VT,4,、VT,1,上使其承受反压而关断，电流从,VT,1,、VT,4,换到,VT,3,、VT,2,t,1,必须在,u,o,过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成,10,(4),强迫换流,（,Forced Commutation）,设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。,直接耦合式强迫换流,由换流电路内电容提供换流电压,图,3-7,直接耦合式强迫换流原理图,11,电压型逆变电路的特点,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反馈通道。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。,3.2.2,电压型逆变电路,图,3-8,电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）,12,3.2.2.1,单相电压型逆变电路,1半桥逆变电路,电路结构,工作原理,V,1,和,V,2,栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，互补,u,o,为矩形波，幅值为,U,m,=,U,d,/2,图,3-9,单相半桥电压型逆变电路及其工作波形,13,i,o,波形随负载而异，感性负载时，(,图,3-9b,),V,1,或,V,2,通时，,i,o,和,u,o,同方向，,直流侧向负载提供能量,VD,1,或,VD,2,通时，,i,o,和,u,o,反向，,电感中贮能向直流侧反馈,VD,1,、VD,2,称为反馈二极管，能使,i,o,连续，又称续流二极管,单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合,14,2全桥逆变电路,电路结构及工作情况,(,图,3-8,),，两个半桥电路的组合,1和4一对，2和3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180,u,o,波形同,图,3-9b,半桥电路的,u,o,，,幅值高出一倍,U,m,=,U,d,i,o,波形和图,3-9b,中的,i,o,相同，幅值增加一倍,单相逆变电路中应用最多的,15,3,、输出电压定量分析（全桥逆变电路）,将,u,o,展开成傅里叶级数,(,3-10),基波幅值,(,3-11),基波有效值,(,3-12),当,u,o,为正负各180时，要改变输出电压有效值只能改变,U,d,来实现。,16,4.,移相调压（,图,3-10,）,可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为,移相调压,各栅极信号为180正偏，180反偏，且,V,1,和,V,2,互补，,V,3,和,V,4,互补关系不变,V,3,的栅极信号只比,V,1,落后,(,0,u,c,时使,V4,通，,V3,断，,u,o,=,U,d,当,u,r,u,c,时使,V3,断，,V4,通，,u,o,=0,当,u,r,u,c,时，给,V,1,和,V,4,导通信号，给,V,2,和,V,3,关断信号,如,i,o,0，V,1,和,V,4,通，如,i,o,0，VD,1,和,VD,4,通，,u,o,=,U,d,47,当,u,r,u,c,时，给,V,2,和,V,3,导通信号，给,V,1,和,V,4,关断信号,如,i,o,0，VD,2,和,VD,3,通，,u,o,=-,U,d,单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制,图,3-24,双极性,PWM,控制方式波形,48,双极性,PWM,控制方式,（三相桥逆变）,三相的,PWM,控制公用三角波载波,u,c,三相的调制信号,u,rU,、,u,rV,和,u,rW,依次相差120,图,3-25,三相桥式,PWM,型逆变电路,49,U,相的控制规律,当,u,rU,u,c,时，给,V,1,导通信号，给,V,4,关断信号，,u,UN,=,U,d,/2,当,u,rU,E,M,b,）,两电动势同极性,E,M,E,G,c,）,两电动势反极性，形成短路,返回,56,图,3-2,单相全波电路的整流和逆变,返回,57,不能实现有源逆变的电路,返回,58,图,3-3,三相桥式有源逆变电压波形,返回,59,图,3-4,交流侧电抗对逆变换相过程的影响,返回,60,图,3-5,逆变电路及其波形举例,返回,61,图,3-6,负载换流电路及其工作波形,返回,62,图,3-7,直接耦合式强迫换流原理图,返回,63,图,3-8,电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）,返回,64,图,3-9,单相半桥电压型逆变电路及其工作波形,返回,65,图,3-10,单相全桥逆变电路的移相调压方式,返回,66,图,3-11,三相电压型桥式逆变电路,返回,67,图,3-12,电压型三相桥式逆变电路的工作波形,返回,68,图,3-13,可工作于再生状态的电压型逆变电路,返回,69,图,3-14,电流型三相桥式逆变电路,返回,70,图,3-15,单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路,返回,71,图,3-15,并联谐振式,逆变电路工作波形,返回,72,图,3-16,电流型三相桥式,逆变电路的输出波形,返回,73,图,3-17,工作于再生状态的电流型逆变电路,74,（,a）,普通电压型交直交变频电路,（,b）,电压型,PWM,交直交变频电路,图,3-18,两种类型的交直交变频电路,75,图,3-19,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,返回,76,图,3-20,冲量相同的各种窄脉冲的响应波形,返回,77,图,3-21,用,PWM,波代替正弦半波,返回,78,图,3-22,单相桥式,PWM,逆变电路,返回,79,图,3-23,单极性,PWM,控制方式波形,返回,80,图,3-24,双极性,PWM,控制方式波形,返回,81,图,3-25,三相桥式,PWM,型逆变电路,返回,82,图,3-26,三相桥式,PWM,逆变电路波形,返回,83,图,3-27,单相,PWM,桥式逆变电路输出电压频谱图,返回,84,图,3-28,三相桥式,PWM,逆变电路 输出线电压频谱图,返回,85,