电子电力技术课件-4.ppt

1、5-11）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电压型逆变电路又称为电压源又称为电压源型逆变电路型逆变电路Voltage Source Inverter-VSI直流侧是直流侧是电压源电压源电流型逆变电路电流型逆变电路又称为电流源又称为电流源型逆变电路型逆变电路Current Source Inverter-CSI直流侧是直流侧是电流源电流源5-22）电压型逆变电路的特点电压型逆变电路的特点图图4-6 电压型全桥逆变电路电压型全桥逆变电路(1)(1)直流侧为电压源或并联大电直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本容，直流侧电压基本无脉动无脉

2、动。(2)(2)交流侧输出电压为矩形波，交流侧输出电压为矩形波，与负载阻抗角无关；交流侧输与负载阻抗角无关；交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗出电流波形和相位因负载阻抗不同而不同。不同而不同。(3)(3)阻感负载时需提供无功功率。阻感负载时需提供无功功率。直流侧电容起缓冲无功能量的直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管变桥各臂并联反馈二极管,构成构成逆导开关。逆导开关。5-3 5-41）半桥逆变电路半桥逆变电路重点掌握：重点掌握：（1）电路的拓扑形式（现多用全控型器件）电路的拓扑形

3、式（现多用全控型器件）（2）开关管的控制方式，输出电压波形及输出交流电压有效）开关管的控制方式，输出电压波形及输出交流电压有效值如何改变？值如何改变？5-5180方波控制（两开关管互补方波控制（两开关管互补通 断）输 出 电 压 为 正 负 对 称通 断）输 出 电 压 为 正 负 对 称180方波，幅度为方波，幅度为Ud/2，通，通过改变直流侧来调节输出交流电过改变直流侧来调节输出交流电压有效值大小。压有效值大小。工作原理工作原理V1和和V2栅极信号在一周期内各栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压补，输出电压uo为矩形波，幅值为矩形波，幅值为为

4、Um=Ud/2。a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD25-6图图4 46 6 单相半桥电压型逆变电路及其工单相半桥电压型逆变电路及其工作波形作波形a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2设设t2时刻以前时刻以前V1为通态，为通态，V2为断为断态。态。t2时刻给时刻给V1关断信号，给关断信号，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，不能立即改变方向，于是于是VD2导通续流。导通续流。当当t3时刻时刻io降为零时，

5、降为零时，VD2截止，截止，V2开通，开通，io开始反向。开始反向。同样，在同样，在t4时刻给时刻给V2关断信号，关断信号，给给V1开通信号后，开通信号后，V2关断，关断，VD1先导通续流，先导通续流，t5时刻，时刻，V1才开通。才开通。5-7V1或或V2通时，通时，io和和uo同方向，直流同方向，直流侧向负载提供能量；侧向负载提供能量；VD1或或VD2通时，通时，io和和uo反向，电反向，电感中贮能向直流侧反馈，即负载感中贮能向直流侧反馈，即负载电感将其吸收的无功能量反馈回电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧。直流侧。ONb)ttOOoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD

6、1VD2VD1VD2反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，直流侧电容器反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。起着缓冲这种无功能量的作用。因为二极管因为二极管VD1、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，是负载向直流侧反馈能量的通道，所以称为所以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，它又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。分析电容和二极管作用分析电容和二极管作用5-8优点：电路简单，使用器件少。优点：电路简单，使用器件少。缺点：输出交流电压幅值为缺点：输出交流电压幅值为Ud/2，且直流侧需两电容器串联，且直流侧需两电容器

7、串联，要控制两者电压均衡。要控制两者电压均衡。应用：应用：用于几用于几kW以下的小功率逆变电源。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单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。合。5-92)全全桥逆变电路桥逆变电路共四个桥臂，可看成两个半桥电共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。路组合而成。两对桥臂交替导通两对桥臂交替导通180180输出电压和电流波形与半桥电路输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。形状相同，幅值高出一倍。图图4-7 4-7 单相全桥逆变电路的移相调压方式单相全桥逆变电路的移相调压方式阻感负载时，还可采用阻感负载时，还可

8、采用移相移相的方的方 式来调节输出电压式来调节输出电压移相调压移相调压。移相调压实际上就是调节输出电移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。压脉冲的宽度。tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo5-10单相全桥逆变电路中，各单相全桥逆变电路中，各IGBT的栅的栅极信号仍为极信号仍为180 正偏，正偏，180 反偏，反偏，并且并且V1和和V2的栅极信号互补，的栅极信号互补，V3和和V4的栅极信号互补。的栅极信号互补。V3的栅极信号比的栅极信号比V1 1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的前移的前移180180。

9、tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo输出电压输出电压uo不再是正负各为不再是正负各为180的脉冲，而是正负各为的脉冲，而是正负各为 的脉冲。的脉冲。改变改变 就可调节输出电压。就可调节输出电压。5-11设设t1时刻前时刻前V1和和V4导通，输出电压导通，输出电压uo为为Ud，t1时刻时刻V3和和V4栅极信号反向，栅极信号反向，V4截止，但截止，但感性负载中的电流感性负载中的电流io不能突变，不能突变，V3不能立不能立刻导通，刻导通，VD3导通续流。因为导通续流。因为V1和和VD3同同时导通，所以输出电压为零。时导通，所以输出电压为零。t2时刻时刻V1和和

10、V2栅极信号反向，栅极信号反向，V1截止，截止，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构构成电流通道，输出电压为成电流通道，输出电压为-Ud。t3时刻时刻V3和和V4栅极信号再次反向，栅极信号再次反向，V3截止，截止，而而V4不能立刻导通，不能立刻导通，VD4导通续流，导通续流，uo再再次为零。次为零。纯电阻负载时，也可以得到相同的结果，纯电阻负载时，也可以得到相同的结果，只是只是VD1 VD4不再导通，不起续流作不再导通，不起续流作用。在用。在uo为零的期间，为零的期间，4个桥臂均导通，个桥臂均导通，负载也没有电流。负载也没有电流。tOtOtOtOtOb)uG1

11、uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouoV1V4V1VD3VD2VD3V2V3V2VD4VD1VD4V1V45-12l 三个半桥单元可组合成一个三相逆变电路三个半桥单元可组合成一个三相逆变电路l 应用最广的是应用最广的是三相桥式逆变电路三相桥式逆变电路图图4-9 4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路N和和N,一般不连在一起，否则输出波形变化很大。一般不连在一起，否则输出波形变化很大。N,为假想中点，相当于地点。为假想中点，相当于地点。5-13l 基本工作方式基本工作方式180导电方式导电方式tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUV

12、iUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3每桥臂按每桥臂按180方波控制，同一方波控制，同一相上下两臂交替导电，各相开始相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差导电的角度依次相差120。任一瞬间有三个桥臂同时导通。任一瞬间有三个桥臂同时导通。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。5-14波形分析波形分析负载各相到电源中点负载各相到电源中点N 的电的电压：压：U相，相，1通，通，uUN=Ud/2，4通，通，uUN=-=-Ud/2图图4-10电压型三相桥式逆电压型三相桥式逆变电路的工作波形变电路的工作波形tO

13、tOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3负载线电压负载线电压 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu5-15tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3负载相电压负载相电压NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu负载中点和电源中点间电压负载中点和电源中点间电压)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu5-16)(31 WN VN UNNNuu

14、uu负载三相对称时有负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是，于是uN N也是矩形波，但其频率为也是矩形波，但其频率为uUN频频率的率的3倍，幅值为其倍，幅值为其1/3，即为，即为Ud/6。由上式得到由上式得到uUN 的波形，的波形，uVN 和和uWN的波形形状和的波形形状和uUN相同，均为相同，均为6拍阶拍阶梯波，幅度为梯波，幅度为2Ud/3，仅相位依次，仅相位依次相差相差120负载已知时，可由负载已知时，可由uUN波形求出波形求出iU波形。波形。NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuutOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuU

15、NuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud35-17桥臂桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流的电流相加可得直流侧电流id的波的波形，形，id每每60脉动一次，直流电压基本无脉动，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因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，这是电压型逆变电路的一个特点。动的，这是电压型逆变电路的一个特点。防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而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短路，应采取引起直流侧电源短路，应采取“先断后通先断后通”5-18直流电源为电流源的逆变直流电源为电流源的逆变电路称为电路

16、称为电流型逆变电路电流型逆变电路。图图4-9 电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路一般在逆变电路直流侧串联一一般在逆变电路直流侧串联一个大电感，因为大电感中的电个大电感，因为大电感中的电流脉动很小，因此可近似看成流脉动很小，因此可近似看成直流电流源。直流电流源。电流型逆变电路主要电流型逆变电路主要特特点点 (1)直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源直直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源直 流回路相当于高阻抗。流回路相当于高阻抗。5-19 (2)电路中开关器件的作用仅是电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，改变直流电流的流通路径，交交流输出电流为矩形波，与负载流

17、输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和阻抗角无关。输出电压波形和相位因负载不同而不同。相位因负载不同而不同。(3)当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因为反馈无功能量时直流电流并不缓冲无功能量的作用，因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必给开关器件反并联二极管。反向，因此不必给开关器件反并联二极管。5-20l 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l 换流方式分类及其特点换流方式分类及其特点l 电压型逆变电路的特点电压型逆变电路的特点单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路（1）半桥逆变电路拓扑形式及其工作原理）半桥逆变电路拓扑形式及其工作原理 开关管的控制方式，输出电压波形及输出交流电压有效值开关管的控制方式，输出电压波形及输出交流电压有效值如何改变如何改变（2）全桥逆变电路拓扑形式及其工作原理）全桥逆变电路拓扑形式及其工作原理 开关管的控制方式，输出电压波形有效值如何改变，掌握开关管的控制方式，输出电压波形有效值如何改变，掌握移相调压控制方法。移相调压控制方法。三相电压型逆变电路形式及其工作原理三相电压型逆变电路形式及其工作原理l 电流型逆变电路的特点电流型逆变电路的特点