7 无源逆变电路.ppt

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1、T S K J王秀芹王秀芹 2号楼号楼206自动化教研室自动化教研室唐钢职工培训唐钢职工培训逆变逆变把直流电变成交流电把直流电变成交流电有源逆变有源逆变交流侧接有电源交流侧接有电源逆变电路逆变电路无源逆变无源逆变交流侧直接和负载连接交流侧直接和负载连接一般指无源逆变电路一般指无源逆变电路无源逆变电路无源逆变电路2 逆变电路应用广泛，在各种直流电源电池向逆变电路应用广泛，在各种直流电源电池向交流负载供电时，就需要逆变电路。交流负载供电时，就需要逆变电路。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应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其电路的核心部分都加热电源等电力电子装置其电路

2、的核心部分都是逆变电路。是逆变电路。无源逆变电路是将直流电转换为频率、幅值固定或无源逆变电路是将直流电转换为频率、幅值固定或可变的交流电并直接供给负载的逆变电路。所谓可变的交流电并直接供给负载的逆变电路。所谓“无源无源”是指逆变电路输出与电网的交流电无关。是指逆变电路输出与电网的交流电无关。无源逆变电路无源逆变电路3 第一节第一节 概述概述第二节第二节 电压型逆变电路电压型逆变电路 第三节第三节 电流型逆变电路电流型逆变电路 第第四四节节 谐振型逆变电路谐振型逆变电路 本章小结本章小结无源逆变电路无源逆变电路引言引言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

3、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。成，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、

4、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。5 1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理 1.2 换流方式分类换流方式分类 第一节第一节 概述概述无源逆变电路无源逆变电路6变频电路按其能量变换的情况，可分为交一交变频器和交变频电路按其能量变换的情况，可分为交一交变频器和交一直一交变频器两种。一直一交变频器两种。前者是直接将工频交流电源变为所需频率的交流电源，故前者是直接将工频交流电源变为所需频率的交流电源，故也称为直接变频；也称为直接变频；后者则是先把工频交流电整流为直流电，然后再由直流电后者则是先把工频交流电整流为直流电，然后再由直流电

5、逆变为所需频率的交流电。在交一直一交变频器中，用于逆变为所需频率的交流电。在交一直一交变频器中，用于把直流电逆变成交流电的装置称为逆变器，由于逆变的交把直流电逆变成交流电的装置称为逆变器，由于逆变的交流电不反送到交流电网，而是直接供给负载使用，因此也流电不反送到交流电网，而是直接供给负载使用，因此也称为无源逆变。称为无源逆变。1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理1、无源逆变的工作原理、无源逆变的工作原理7当当VTlVTl和和VT4VT4触发导通触发导通(VT2(VT2、VT 3VT 3关断关断)时，直流电源通过时，直流电源通过VTlVTl和和VT4VT4向负载供电，负载上电流的

6、方向如图向负载供电，负载上电流的方向如图3 316a16a所示。所示。当当VT2 VT3VT2 VT3触发导通触发导通(VTlVTl、VT4VT4关断关断)时，直流电源通过时，直流电源通过VT2VT2和和VT3VT3向负载供电，电流反向流过负载，如图向负载供电，电流反向流过负载，如图3 316b16b所示。所示。按一定的频率，不断地轮流切换两组晶闸管，便将电源的按一定的频率，不断地轮流切换两组晶闸管，便将电源的直流电逆变成负载上的交流电，负载上的电压波形如图直流电逆变成负载上的交流电，负载上的电压波形如图3 316c16c所示。若改变两组晶闸管的切换频率，便可改变交所示。若改变两组晶闸管的切换

7、频率，便可改变交流电的频率。流电的频率。图图3 31616无源逆变的工作原理无源逆变的工作原理8逆变器正常工作的关键在于换相，即按时把导通的晶闸管逆变器正常工作的关键在于换相，即按时把导通的晶闸管关断，并使电流换到规定的晶闸管上去。由于逆变器中的。关断，并使电流换到规定的晶闸管上去。由于逆变器中的。晶闸管工作在直流电中，不会自行关断，因此通常采用在晶闸管工作在直流电中，不会自行关断，因此通常采用在阳极与阴极之间施加一定时间反向电压的方法，以使晶闸阳极与阴极之间施加一定时间反向电压的方法，以使晶闸管由导通转为关断。晶闸管逆变器常用的换相方法有以下管由导通转为关断。晶闸管逆变器常用的换相方法有以下

8、两种。两种。9（1)负载谐振式换相：即利用负载回路的谐振特性来实现负载谐振式换相：即利用负载回路的谐振特性来实现晶闸管换相。当负载电路中的电阻、电感和电容形成振晶闸管换相。当负载电路中的电阻、电感和电容形成振荡时，其振荡电流具有自动过零的特性，只要负载电流荡时，其振荡电流具有自动过零的特性，只要负载电流超前电压的时间大于晶闸管的关断时间，就能使晶闸管超前电压的时间大于晶闸管的关断时间，就能使晶闸管自然关断，从而实现电流换相。自然关断，从而实现电流换相。目前，我国生产的晶闸管中频电源等装置常采用这种换相方法。目前，我国生产的晶闸管中频电源等装置常采用这种换相方法。10（2)强迫换相强迫换相(脉冲

9、换相脉冲换相)：在电路中设置电感、电容等元：在电路中设置电感、电容等元件，构成换相回路。换相前换相电容预先储存一定的电能，件，构成换相回路。换相前换相电容预先储存一定的电能，换相时触发另一只晶闸管导通，形成一个电容放电回路。换相时触发另一只晶闸管导通，形成一个电容放电回路。利用换相电容的放电，使换相回路产生一个脉冲，迫使原利用换相电容的放电，使换相回路产生一个脉冲，迫使原先导通的晶闸管承受反向脉冲电压而关断。先导通的晶闸管承受反向脉冲电压而关断。(3)逆变器根据其直流电源的滤波方式可分为电压型和电流逆变器根据其直流电源的滤波方式可分为电压型和电流型两种。型两种。11 1.2 换流方式分类换流方

10、式分类换流换流 电流从一个支路向另一个支路转移的过电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为程，也称为换相换相。研究换流方式主要是研究研究换流方式主要是研究如何使器件关如何使器件关断断。121.1.器件换流器件换流利用全控型器件利用全控型器件采用采用IGBT IGBT、电力、电力MOSFET MOSFET、GTO GTO、GTRGTR等全控型器件等全控型器件的自关断能力进行换流的自关断能力进行换流 硬开关、软开关换流硬开关、软开关换流2.2.电网换流电网换流相控整流电路相控整流电路三相交流调压电路三相交流调压电路 电网换流电网换流交交交变频电路交变频电路只只要要把把负负的的电电网网电电压压施

11、施加加在在欲欲关关断断的的晶晶闸闸管管上上即即可可使使其其关关断断，不不需需要要器器件件具具有有门门极极可可关关断断能能力力，也也不不需要为换流附加任何元件。需要为换流附加任何元件。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电网提供换流电压由电网提供换流电压 1.2 换流方式分类换流方式分类13负载电流相位超前于负载电压的场合负载电流相位超前于负载电压的场合 实现负载换流实现负载换流负载为电容性负载时负载为电容性负载时由负载谐振提供换流电压由负载谐振提供换流电压RLCEdLdVT1VT2VT3VT4uoioid4 4个桥臂均由晶闸管组成个桥臂均由晶闸管组成负载是

12、电阻电感串联后再和负载是电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性振状态而略呈容性 改善负载改善负载功率因数功率因数。直直流流侧侧串串入入大大电电感感Ld，工工作作过程中可认为过程中可认为 id基本没有脉动基本没有脉动 3.负载换流负载换流 1.2 换流方式分类换流方式分类14l 4 4个臂的切换仅使电流路个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩径改变，负载电流基本呈矩形波形波l 负载工作在对基波电流接负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波近并联谐振的状态，对基波阻抗很大而对谐波阻抗很小，阻抗很大而对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦波波形接

13、近正弦波4.1.2 换流方式分类换流方式分类15l t1时刻前：时刻前：VT1、VT4为通态，为通态，VT2、VT3为断为断态，态，uo、io均为正，均为正，VT2、VT3上施加的电压即为上施加的电压即为uol t1时刻触发时刻触发VT2、VT3使其使其开通，开通，uo通过通过VT2、VT3分别分别加到加到VT4、VT1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VT1、VT4换到换到VT3、VT2l 触发触发VT2、VT3时刻，时刻，t1必须在必须在uo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 1.2 换流方式分类换流方式分类16设

14、置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反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向电压或反向电流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换流电压由换流电路内电容直接提供换流电压SVT负载负载+晶闸管晶闸管VT通态时，预先给电容通态时，预先给电容C按按图中所示极性充电。合上开关图中所示极性充电。合上开关S，就就可使晶闸管被施加反向电压而关断可使晶闸管被施加反向电压而关断电压换流电压换流4.强迫换流（电容换流）强迫换流（电容换流）1.2 换流方式分类换流方式分类17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

15、供换流电压或换流电流通过换流电路内电容和电感的耦合提供换流电压或换流电流CL+VDSCVT负载负载+LSVT负载负载VDb)a)图图a a中中晶晶闸闸管管在在LC振振荡荡第第一一个个半半周周期期内关断内关断图图b b中中晶晶闸闸管管在在LC振振荡荡第第二二个个半半周周期期内关断内关断 1.2 换流方式分类换流方式分类18CL+VDSCVT负载负载+LSVT负载负载VDb)a)图图a a中，接通中，接通S后，后，LC振荡电流将反向流过振荡电流将反向流过VT，与与VT的负的负载电流相减，直到载电流相减，直到VT的合成正向电流减至零后，再流过二极的合成正向电流减至零后，再流过二极管管VD。二极管的压

16、降给晶闸管加上反压，使其关断二极管的压降给晶闸管加上反压，使其关断 19CL+VDSCVT负载负载+LSVT负载负载VDb)a)图图b中，接通中，接通S后，后，LC振荡电流先正向流过振荡电流先正向流过VT并和并和VT中原有的中原有的负载电流叠加，经过半个振荡周期后，振荡电流反向流过负载电流叠加，经过半个振荡周期后，振荡电流反向流过VT，直到直到VT的合成正向电流减至零后，再流过二极管的合成正向电流减至零后，再流过二极管VD。二极管二极管的压降给晶闸管加上反压，使其关断的压降给晶闸管加上反压，使其关断20给晶闸管加上反向电压而使其关断的换流给晶闸管加上反向电压而使其关断的换流电压换流电压换流电流

17、换流电流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先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加 反向电压的换流反向电压的换流器件换流器件换流 只适用于全控型器件只适用于全控型器件电网换流电网换流负载换流负载换流 针对晶闸管针对晶闸管强迫换流强迫换流21 1.2 换流方式分类换流方式分类电感耦合式强迫换流原理图电感耦合式强迫换流原理图 换流方式总结换流方式总结 器件换流器件换流只适用于只适用于全控型器件全控型器件，其余三种方式主要是针对，其余三种方式主要是针对晶闸管晶闸管而言的。而言的。器件换流和强迫换流属于器件换流和强迫换流属于自换流自换流，电网换流和负载换流属，电网换流和负载换

18、流属于于外部换流外部换流。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，则称为部终止流通而变为零，则称为熄灭熄灭。221)电压型逆变器，其直流电源由电容滤波，可近似看成电压型逆变器，其直流电源由电容滤波，可近似看成恒压源；其输出的交流电压为矩形波，输出的交流电流恒压源；其输出的交流电压为矩形波，输出的交流电流在电动机负载时近似为正弦波；其抑制浪涌电压能力强，在电动机负载时近似为正弦波；其抑制浪涌电压能力强，频率可向上或向下调节，效率高，适用于不经常起动、频率可向上或向下调节，效率高，适用于不经常起动、制动和反转的拖动装置

19、。制动和反转的拖动装置。第二节第二节、电压型逆变电路、电压型逆变电路23第二节第二节 电压型逆变电路电压型逆变电路 2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路 2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路24第二节第二节 电压型逆变电路电压型逆变电路 根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类 电压型电压型逆变电路：直流侧是电压源。逆变电路：直流侧是电压源。电流型电流型逆变电路：直流侧是电流源。逆变电路：直流侧是电流源。电压型逆变电路的特点电压型逆变电路的特点 直流侧为直流侧为电压源电压源或并联或并联大电容大电容，直流侧电压基本无脉动。，直流侧电压基本无脉动

20、。由于直流电压源的由于直流电压源的钳位作用钳位作用，输出电压为，输出电压为矩形波矩形波，输出电流因负载，输出电流因负载阻抗不同而不同。阻抗不同而不同。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，逆变桥各臂并联量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管反馈二极管。图图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）25 2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图图4-6 单相半桥电压型逆单

21、相半桥电压型逆变电路及其工作波形变电路及其工作波形 半桥逆变电路半桥逆变电路 在直流侧接有两个相互串联的足够大在直流侧接有两个相互串联的足够大的的电容电容，两个电容的，两个电容的联结点联结点便成为直流电便成为直流电源的源的中点中点，负载联接在直流电源中点和两，负载联接在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。个桥臂联结点之间。工作原理工作原理 设开关器件设开关器件V1和和V2的栅极信号在一的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。者互补。输出电压输出电压uo为为矩形波矩形波，其幅值为，其幅值为Um=Ud/2。电路带电路带阻感负载阻感负载，t2时刻给

22、时刻给V1关断信关断信号，给号，给V2开通信号，则开通信号，则V1关断，但感性负关断，但感性负载中的电流载中的电流io不能立即改变方向，于是不能立即改变方向，于是VD2导通续流，当导通续流，当t3时刻时刻io降零时，降零时，VD2截止，截止，V2开通，开通，io开始反向，由此得出如图所示的开始反向，由此得出如图所示的电流波形。电流波形。26 2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图图4-6 单相半桥电压型逆单相半桥电压型逆变电路及其工作波形变电路及其工作波形 V1或或V2通时，通时，io和

23、和uo同方向同方向，直流侧向负载提供能量；直流侧向负载提供能量；VD1或或VD2通时，通时，io和和uo反向反向，电感中贮，电感中贮能向直流侧反馈。能向直流侧反馈。VD1、VD2称为称为反馈二极管反馈二极管,它又起着使负载电流它又起着使负载电流连续的作用，又称连续的作用，又称续流二极管续流二极管。优点是简单，使用器件少；其缺优点是简单，使用器件少；其缺点是输出交流电压的幅值点是输出交流电压的幅值Um仅为仅为Ud/2，且直流侧需要两个电容器串，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器电联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡；因此，半桥电路常用于压的均衡；因此，半桥电路常用于几几kW以

24、下以下的小功率逆变电源。的小功率逆变电源。27 2.1 单相电压型逆变电路单相电压型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而成。组合而成。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同，但幅值高出一倍。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。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Ud来来实现。实现。Ud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其中基波的幅值其中基波的幅值Uo1m和基波有效值和基波

25、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)28 2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)b)图图4-7 单相全桥逆变电单相全桥逆变电路的移相调压方式路的移相调压方式 移相调压方式移相调压方式 V3的基极信号比的基极信号比V1落后落后（0 180）。）。V3、V4的栅极信号分别比的栅极信号分别比V2、V1的的前移前移180-。输出电压是正负各为。输出电压是正负各为 的脉冲。的脉冲。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

26、，V3不能立刻导通，不能立刻导通，VD3导通续导通续流，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。29 2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路图图4-8 带中心抽头变带中心抽头变压器的逆变

27、电路压器的逆变电路 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 交替驱动交替驱动两个两个IGBT，经变压器耦，经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压。合给负载加上矩形波交流电压。两个二极管的作用也是提供两个二极管的作用也是提供无功能无功能量的反馈通道量的反馈通道。Ud和负载参数相同，变压器匝比和负载参数相同，变压器匝比为为1：1：1时，时，uo和和io波形及幅值与全桥波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。逆变电路完全相同。与全桥电路相比较与全桥电路相比较 比全桥电路少用比全桥电路少用一半开关器件一半开关器件。器件承受的电压为器件承受的电压为2Ud，比全桥，比全桥电路高一倍。电路高一倍。必须

28、有一个必须有一个变压器变压器。30 2.2 三相电压型逆变电路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。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

29、中点假想中点31 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 对于对于U相输出来说，当桥臂相输出来说，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的波形是的波形是幅值为幅值为Ud/2的矩形波的矩形波，V、W两相的情况和两相的情况和U相类似。相类似。负载线电压负载线电压uUV、uVW、uWU可由下可由下式求

30、出式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)32 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 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

31、4-10g给出的给出的是阻感负载下是阻感负载下 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)33 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-

32、9)(4-10)(4-11)34 2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路 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)35UUV7=2 Ud/（3.147 ）=22.3（V）2.2 三相电压型逆变电路三相电

33、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。试求输出相电压的基波幅值基波幅值UUN1m和有效值和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值和有效值UUV1、输出线电压中输出线电压中7次谐波的有效值次谐波的有效值UUV7。解：解：0.4520090（V）0.637200127.4（V）1.1200=220（V）0.78200=156（V）36电流型逆变器，其直流电源由电感滤波，可近似看成恒电流型逆变器，其直流电源由电感滤波，可近似看成恒流源；其输出的交流电流近似为矩形波，输出的交

34、流电流源；其输出的交流电流近似为矩形波，输出的交流电压在电动机负载时近似为正弦波；其抑制过电流能力强，压在电动机负载时近似为正弦波；其抑制过电流能力强，适用于要求频繁起动、制动与反转的拖动装置。适用于要求频繁起动、制动与反转的拖动装置。第三节第三节、电流型逆变电路、电流型逆变电路37 3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路 3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路第三节第三节、电流型逆变电路、电流型逆变电路38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

35、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，输出电压波形和相阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同。位因负载不同而不同。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用，不必给开关器件反并联二极管。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，换流方式的电路仍应用较多，换流方式有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 第三节第三节、电流型逆变电路、电流型逆变电路39 3.1

36、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路电路分析电路分析 由四个桥臂构成，每个桥臂的由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个晶闸管各串联一个电抗器电抗器，用来限，用来限制晶闸管开通时的制晶闸管开通时的di/dt。采用采用负载换相负载换相方式工作的，要方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，即求负载电流略超前于负载电压，即负载略呈负载略呈容性容性。电容电容C和和L、R构成构成并联谐振电并联谐振电路路。输出电流波形接近输出电流波形接近矩形波矩形波，含，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。小于基波。图图4-12 单相桥式电流型单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路（

37、并联谐振式）逆变电路 40电流型逆变电路主要特点电流型逆变电路主要特点:1)1)直直流流侧侧串串联联有有大大电电感感，相相当当于于电电流流源源。直直流流侧侧电电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。2)2)电电路路中中开开关关器器件件的的作作用用只只是是改改变变直直流流电电流流的的流流通通路路径径，与与负负载载阻阻抗抗角角无无关关，交交流流侧侧输输出出电电压压波波形形和和相位侧因负载阻抗情况的不同而不同。相位侧因负载阻抗情况的不同而不同。3)3)当当交交流流侧侧为为阻阻感感负负载载时时需需要要提提供供无无功功功功率率，直直流流侧侧电电感感起起缓缓冲冲无无功功能能量

38、量的的作作用用，由由于于反反馈馈无无功功能能量量时时直直流流电电流流并并不不反反向向，因因此此不不必必给给开开关关器器件件反反并并联联二极管。二极管。41第三节第三节 电流型逆变电路电流型逆变电路基本工作方式是基本工作方式是120120导电导电方式，每个臂一周期内导方式，每个臂一周期内导电电120120，按，按VT1VT6的顺的顺序每隔序每隔6060依次导通。依次导通。每每时刻上下桥臂组各有一个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，在臂导通，在上下桥臂组上下桥臂组内内依次换流，为依次换流，为横向换流横向换流42l输出电流波形和负载性输出电流波形和负载性质无关，是正负脉冲各质无关，是正负脉冲各12012

39、0的矩形波的矩形波l输出电流波形和三相桥输出电流波形和三相桥式可控整流电路在大电感式可控整流电路在大电感负载下的交流输入电流波负载下的交流输入电流波形相同，谐波分析表达式形相同，谐波分析表达式也相同也相同l输出线电压波形和负载输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波，性质有关，大体为正弦波，但叠加了一些脉冲但叠加了一些脉冲,这是由这是由于逆变器中的换流过程而于逆变器中的换流过程而产生的产生的43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44滤波环节滤波环节电压型变换器其直流环节滤波，主要应用大电容，因电压型变换器其直流环节滤波，主要应用大电

40、容，因此电源阻抗小，相当于电压源；而电流型变换器其直此电源阻抗小，相当于电压源；而电流型变换器其直流环节滤波，主要应用大电感，相当于电流源。流环节滤波，主要应用大电感，相当于电流源。电压型逆变器与电流型逆变器的比较电压型逆变器与电流型逆变器的比较输出波形输出波形电压型变换器输出电压是矩形波或阶梯波，输出电流电压型变换器输出电压是矩形波或阶梯波，输出电流波形含有高次谐波并对负载变化反应迅速；电流型变波形含有高次谐波并对负载变化反应迅速；电流型变换器输出电流是矩形波或阶梯波，输出电压波形取决换器输出电流是矩形波或阶梯波，输出电压波形取决于负载，对于电动机负载，其波形接近于正弦波。于负载，对于电动机

41、负载，其波形接近于正弦波。45四象限运行四象限运行电压型逆变器与电流型逆变器的比较电压型逆变器与电流型逆变器的比较负载负载功率因数功率因数动态性能与稳定性动态性能与稳定性464.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路tOtOtOtOIdiViWuUVU图5-14 电流型三相桥式逆变电路的输出波形 图5-11 电流型三相桥式逆变电路电路分析电路分析 基本工作方式是基本工作方式是120导电方式导电方式，每个臂，每个臂一周期内导电一周期内导电120，每个时刻上下桥臂组各，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通。有一个臂导通。换流方式为换流方式为横向换流横向换流。波形分析波形分析 输出电流波形和负载性

42、质无关，正负脉输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各冲各120的的矩形波矩形波。输出电流和三相桥整流带大电感负载时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的交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同。同。输出线电压波形和负载性质有关，输出线电压波形和负载性质有关，大体大体为正弦波为正弦波，但叠加了一些脉冲。，但叠加了一些脉冲。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和直流电和直流电流流Id的关系为的关系为(4-22)474.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路图图4-15 串联二极管串联二极管式晶闸管逆变电路式晶闸管逆变电路 串联二极管式晶闸管

43、逆变电路串联二极管式晶闸管逆变电路 主要用于中大功率交流电动机调速主要用于中大功率交流电动机调速系统。系统。电路分析电路分析 是是电流型电流型三相桥式逆变电路，各三相桥式逆变电路，各桥臂的晶闸管和二极管串联使用。桥臂的晶闸管和二极管串联使用。120导电工作方式导电工作方式，输出波形和，输出波形和图图4-14的波形大体相同。的波形大体相同。采用采用强迫换流强迫换流方式，电容方式，电容C1C6为换流电容。为换流电容。换流过程分析换流过程分析 电容器所充电压的规律：对于共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

44、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，共阴极的情管相连的电容器电压为零，共阴极的情况与此类似，只是电压极性相反。况与此类似，只是电压极性相反。484.1 电压型串联谐振式逆变电路4.2 电流型并联谐振式逆变电路第四节、谐振型逆变电路第四节、谐振型逆变电路49当负载与换流电容器构成当负载与换流电容器构成RLCRLC电路且满足谐振条件时，电路且满足谐振条件时，称这类逆变器为谐振型逆变电路。称这类逆变器为谐振型逆变电路。构成谐振电路的结构不同，可以分为串联式谐振逆构成谐振电路的结构不同，可以分为串联式谐振逆变和并联式谐振逆变两种。变和并联式谐振逆变两种。主要特点：主要特点：(1)

45、(1)逆变电路输出波形为方波电压或方波电流。逆变电路输出波形为方波电压或方波电流。(2)(2)将逆变频率调谐在负载谐振频率附近，可获得将逆变频率调谐在负载谐振频率附近，可获得正弦的输出电流或电压，无需通过低通滤波器来消正弦的输出电流或电压，无需通过低通滤波器来消除低次谐波。除低次谐波。(3)(3)因为利用负载的谐振特点，电路中的元件要承因为利用负载的谐振特点，电路中的元件要承受较大的峰值电流和电压。由于可以利用负载谐振受较大的峰值电流和电压。由于可以利用负载谐振特性换流，可以实现软开关换流，这是谐振式逆变特性换流，可以实现软开关换流，这是谐振式逆变器的一大特点。器的一大特点。第四节、谐振型逆变

46、电路第四节、谐振型逆变电路504.1 电压型串联谐振式逆变电路 通常对功率因数较低的通常对功率因数较低的感性负载都采用串联电感性负载都采用串联电容的方式进行功率因数容的方式进行功率因数补偿，从而构成了负载补偿，从而构成了负载换流串联式谐振逆变器。换流串联式谐振逆变器。电路分析可知，谐振时，电路分析可知，谐振时，电流谐振角频率电流谐振角频率WgWg=WoWo=1/=1/，电感，电感和电容阻抗互相抵消，和电容阻抗互相抵消，即电路阻抗为纯阻性质。即电路阻抗为纯阻性质。依据逆变器的触发频率依据逆变器的触发频率WgWg与谐振频率与谐振频率WoWo的关系，的关系，负载电流可以有断续、负载电流可以有断续、临

47、界和连续三种情况临界和连续三种情况 串联式谐振逆变电路串联式谐振逆变电路 51WW W WoWo ，为了提高输出，为了提高输出功率，必须充分利用电功率，必须充分利用电力半导体器件的能力，力半导体器件的能力，消灭电流断续区间，尽消灭电流断续区间，尽量缩减能量回馈电源的量缩减能量回馈电源的时间。提高晶闸管的触时间。提高晶闸管的触发频率，使它的触发频发频率，使它的触发频率高于负载电路的固有率高于负载电路的固有振荡频率振荡频率 。W W WoWo时的各管的导通情况时的各管的导通情况 和电路内电流、电压的主要波形和电路内电流、电压的主要波形 如图所示。电流连续时，由如图所示。电流连续时，由于从负载把能量

48、送回直流电于从负载把能量送回直流电源的时间源的时间(t t1 1t t3)3)减小了减小了(在在晶闸管关断时间允许的情况晶闸管关断时间允许的情况下尽量短下尽量短)，每一个周期内负，每一个周期内负载得到能量将增加，逆变器载得到能量将增加，逆变器输出功率和电流都上升很快。输出功率和电流都上升很快。这就像连续给钟摆施加顺方这就像连续给钟摆施加顺方向的推动力，它的振幅就会向的推动力，它的振幅就会越来越大。直到负载电阻上越来越大。直到负载电阻上功率消耗增加到与直流电源功率消耗增加到与直流电源输入的功率相等，达到平衡。输入的功率相等，达到平衡。53注意下列几点。注意下列几点。(1)(1)逆变器上、下桥壁开

49、关器件驱动波形，必须遵守先关断、逆变器上、下桥壁开关器件驱动波形，必须遵守先关断、后开通的原则，导通脉冲窄，并断脉冲宽。换言之，上、后开通的原则，导通脉冲窄，并断脉冲宽。换言之，上、下桥臂开关器件的导通脉冲之间，必须有一死区时间，下桥臂开关器件的导通脉冲之间，必须有一死区时间，该时间的长短，决定于所选器件的关断时间，死区时间该时间的长短，决定于所选器件的关断时间，死区时间一般应比器件所需的关断时间长一般应比器件所需的关断时间长1.51.52 2倍。倍。(2)(2)允许他激工作，可以通过调节他激频率调节功率。但要允许他激工作，可以通过调节他激频率调节功率。但要使换流瞬间的浪涌电流或电压冲击被抑制

50、在器件允许的使换流瞬间的浪涌电流或电压冲击被抑制在器件允许的范围。范围。(3)(3)采用自激工作方式时，反馈信号可以选用采用自激工作方式时，反馈信号可以选用-UcUc、-I Ih h或逆或逆变桥信号。当工作频率高时，逆变控制电路中的元件的变桥信号。当工作频率高时，逆变控制电路中的元件的信号传输延迟时间不容忽略，一般都要采取时间补偿措信号传输延迟时间不容忽略，一般都要采取时间补偿措施。如果选择相位越前于施。如果选择相位越前于U Uabab的信号作反馈，能较易实现的信号作反馈，能较易实现时间补偿，因而不用时间补偿，因而不用UcUc、I Ih h，而用它们的倒相信号作反，而用它们的倒相信号作反馈。馈