第4章逆變電路

1、第第4章章 逆變電路逆變電路Chapter 4 DC to AC Converters/ Inverters1引言引言p 逆變的概念逆變的概念u與整流相對(duì)應(yīng)，直流電直流電變成交流電交流電。u交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變有源逆變。u交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變無源逆變，本章主要講述無源逆變。p 逆變與變頻逆變與變頻u變頻電路：分為交交變頻交交變頻和交直交變頻交直交變頻兩種。u交直交變頻由交直變換（整流）交直變換（整流）和直交變換直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變逆變。p 逆變電路的逆變電路的主要應(yīng)用主要應(yīng)用u各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。u交流電機(jī)

2、調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。2第第4章章 逆變電路逆變電路4.1 換流方式換流方式4.2 電壓型逆變電路電壓型逆變電路4.3 電流型逆變電路電流型逆變電路4.4 多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路本章小結(jié)本章小結(jié)34.1 換流方式換流方式4.1.1 逆變逆變電路的基電路的基本工作原本工作原理理4.1.2 換流換流方式分類方式分類44.1.1 逆變電路的基本工作原理逆變電路的基本工作原理5p逆變電路基本的工作原理 uS1S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。u 當(dāng)開關(guān)S1、

3、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正；當(dāng)開關(guān)S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，uo為負(fù)，這樣就把直流電變成了交流電。u改變兩組開關(guān)的切換頻率兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率交流電的頻率。 u電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同。u阻感負(fù)載時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同。負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2圖圖4-1 逆變電路及其波形舉例逆變電路及其波形舉例 4.1.2 換流方式分類換流方式分類p 換流換流u電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱為換相換相。u研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷如何使器件關(guān)斷。p 換流方式分為以下

4、幾種換流方式分為以下幾種u器件換流（Device Commutation） 利用全控型器件的自關(guān)斷能力全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。 在采用IGBT 、電力、電力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。u電網(wǎng)換流（Line Commutation） 電網(wǎng)電網(wǎng)提供換流電壓換流電壓的換流方式。 將負(fù)的電網(wǎng)電壓負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。不需要器件具不需要器件具有門極可關(guān)斷能力有門極可關(guān)斷能力，但不適用于沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路不適用于沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路。64.1.2 換流方式分類換流方式分類7a)u t t t tOOOO

5、iit1b)ouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4圖圖4-2 負(fù)載換流電路及其工作負(fù)載換流電路及其工作波形波形u負(fù)載換流（Load Commutation）由負(fù)載負(fù)載提供換流電壓換流電壓的換流方式。負(fù)載電流電流的相位超前相位超前于負(fù)載電壓電壓的場(chǎng)合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流，如電容性負(fù)載和同步電動(dòng)機(jī)。圖4-2a是基本的負(fù)載換流逆變電路，整個(gè)負(fù)載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性容性，直流側(cè)串大電感，工作過程可認(rèn)為id基本沒有脈動(dòng)。負(fù)載對(duì)基波的阻抗大而對(duì)諧波的阻抗小，所以u(píng)o接近正弦波正弦波。注意觸發(fā)VT2、VT3的時(shí)刻t1必須在uo過零前并留有足夠的裕量，才能使

6、換流順利完成。4.1.2 換流方式分類換流方式分類8u強(qiáng)迫換流（Forced Commutation）設(shè)置附加的換流電路附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反壓或反電流的換流方式稱為強(qiáng)迫換流。通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來實(shí)現(xiàn)，因此也稱為電容換流電容換流。分類直接直接耦合式強(qiáng)迫換流耦合式強(qiáng)迫換流：由換流電路內(nèi)電容直接提供換流電壓。電感電感耦合式強(qiáng)迫換流耦合式強(qiáng)迫換流：通過換流電路內(nèi)的電容和電感的耦合來提供換流電壓或換流電流。直接耦合式強(qiáng)迫換流如圖4-3，當(dāng)晶閘管VT處于通態(tài)時(shí)，預(yù)先給電容充電。當(dāng)S合上，就可使VT被施加反壓而關(guān)斷。也叫電壓換流。 圖圖4-3 直接耦合式強(qiáng)直接耦合式強(qiáng)迫換流

7、原理圖迫換流原理圖 4.1.2 換流方式分類換流方式分類9u電感耦合式強(qiáng)迫換流 圖4-4a中晶閘管在LC振蕩第一個(gè)半周期第一個(gè)半周期內(nèi)關(guān)斷，圖4-4b中晶閘管在LC振蕩第二個(gè)半周期第二個(gè)半周期內(nèi)關(guān)斷，注意兩圖中電容所充的電壓極性不同。 在這兩種情況下，晶閘管都是在正向電流減至零且二極管開始流過二極管開始流過電流電流時(shí)關(guān)斷，二極管上的管壓降就是加在晶閘管上的反向電壓。 也叫電流換流電流換流。圖圖4-4 電感耦合式強(qiáng)迫換流原理圖電感耦合式強(qiáng)迫換流原理圖 4.1.2 換流方式分類換流方式分類10p換換流方式流方式總結(jié)總結(jié)器件換流器件換流強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流電網(wǎng)換流電網(wǎng)換流負(fù)載換流負(fù)載換流適用于全控器件適

8、用于全控器件主要針對(duì)晶閘管主要針對(duì)晶閘管4.2 電壓型逆變電路電壓型逆變電路引言引言11p根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同，可以分為兩類u電壓電壓型型逆變電路：直流側(cè)是電壓源。u電電流型流型逆變電路：直流側(cè)是電流源。p電壓型逆變電路的特點(diǎn)u直流側(cè)為電壓源電壓源或并聯(lián)大電容大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)。u由于直流電壓源的鉗位作用鉗位作用，輸出電壓為矩形波矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。u阻感負(fù)載時(shí)需提供無功功率，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管反饋二極管。圖圖4-5 電壓型逆變電路舉例（全橋逆變電路）電壓型逆變電路舉例（全橋逆變電路） 4.2 電壓型逆變電路

9、電壓型逆變電路4.2.1 單相電壓型逆變電單相電壓型逆變電路路4.2.2 三相電壓型逆變電三相電壓型逆變電路路124.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路13p半橋逆變電路 u在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容電容，兩個(gè)電容的聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)點(diǎn)便成為直流電源的中點(diǎn)中點(diǎn)，負(fù)載聯(lián)接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間。u工作原理設(shè)開關(guān)器件V1和V2的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。 輸出電壓uo為矩形波矩形波，其幅值為Um=Ud/2。 電路帶電阻負(fù)載電阻負(fù)載，電流電壓波形相同。電路帶阻感負(fù)載阻感負(fù)載t2時(shí)刻給V1關(guān)斷信號(hào)，給V2開通信號(hào)，則V1關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流i

10、o不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流當(dāng)t3時(shí)刻io降零時(shí)，VD2截止，V2開通，io開始反向，由此得出如圖4-6所示的電流波形。 a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖圖4-6 單相半橋電壓型逆單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形變電路及其工作波形 4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路14a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖圖4-6 單相半橋電壓型逆單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形變電路及其工作波形 u結(jié)論V1或V2通時(shí)，io和和uo同方向同方向，直流

11、側(cè)直流側(cè)向負(fù)載負(fù)載提供能量；VD1或VD2通時(shí)，io和和uo反向反向，電感電感中貯能向直流側(cè)直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱為反反饋二極管饋二極管,它又起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二極管續(xù)流二極管。u優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，使用器件少；u缺點(diǎn)：輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud/2，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，工作時(shí)還要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡；u因此，半橋電路常用于幾幾kW以下以下的小功率逆變電源。 4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路15p全橋逆變電路 u共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路兩個(gè)半橋電路組合而成。u兩對(duì)橋臂兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180。 u輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同形狀相同，但

12、幅值高出一倍。u在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud來實(shí)現(xiàn)。 uUd的矩形波uo展開成傅里葉級(jí)數(shù)得圖圖4-5 全橋逆變電路全橋逆變電路 tttUu5sin513sin31sin4do(4-1)其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分別為 ddo1m27.14UUU(4-2)dd1o9 . 022UUU(4-3)4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路16a)b)圖圖4-7 單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式的移相調(diào)壓方式 u移相調(diào)壓方式 V3的基極信號(hào)比V1落后（0180）。V3、V4的柵極信號(hào)分別比V2、V1的前移180- 。輸出電壓是正負(fù)各

13、為 的脈沖。工作過程t1時(shí)刻前V1和V4導(dǎo)通，uo=Ud。t1時(shí)刻V4截止，而因負(fù)載電感中的電流io不能突變，V3不能立刻導(dǎo)通，VD3導(dǎo)通續(xù)流，uo=0。t2時(shí)刻V1截止，而V2不能立刻導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通續(xù)流，和VD3構(gòu)成電流通道，uo=-Ud。到負(fù)載電流過零并開始反向時(shí)，VD2和VD3截止，V2和V3開始導(dǎo)通，uo仍為仍為-Ud。t3時(shí)刻V3截止，而V4不能立刻導(dǎo)通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，uo再次為零再次為零。改變改變 就可調(diào)節(jié)輸出電壓就可調(diào)節(jié)輸出電壓。4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路17圖圖4-8 帶中心抽頭變帶中心抽頭變壓器的逆變電路壓器的逆變電路 p帶中心抽頭變壓器的逆變電路u

14、交替驅(qū)動(dòng)兩個(gè)兩個(gè)IGBT，經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載加上矩形波交流電壓。u兩個(gè)二極管的作用也是提供無功能量的無功能量的反饋通道反饋通道。u Ud和負(fù)載參數(shù)相同，變壓器匝比為1：1：1時(shí)，uo和io波形及幅值與全橋逆變電路完全相同。u 與全橋電路相比較比全橋電路少用一半開關(guān)器件一半開關(guān)器件。器件承受的電壓為2Ud，比全橋電路高一倍。必須有一個(gè)變壓器變壓器。 4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路18p三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路。p三相橋式逆變電路u基本工作方式是180導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式。u 同一相（即同一半橋）上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120，任一瞬間有三個(gè)橋臂三個(gè)橋臂

15、同時(shí)導(dǎo)通。u每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流縱向換流。圖圖4-9 三相電壓型橋式逆變電路三相電壓型橋式逆變電路 假想中點(diǎn)假想中點(diǎn)4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路19tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3圖圖4-10 電壓型三相橋式逆變電路電壓型三相橋式逆變電路的工作波形的工作波形 p工作工作波形波形u 對(duì)于U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)，uUN=Ud/2，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，uUN=-Ud/2，uUN的波形是幅值為幅值為Ud/2的矩形的矩形波波，V、W兩相的情況和

16、U相類似。u 負(fù)載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式求出u負(fù)載負(fù)載各相的相電壓分別為各相的相電壓分別為 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu(4-4)NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu(4-5)4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路20tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3圖圖4-10 電壓型三相橋式逆變電路電壓型三相橋式逆變電路的工作波形的工作波形 u把上面各式相加并整理可求得l設(shè)負(fù)載為三相對(duì)稱負(fù)載，則有uUN+uVN+uWN =

17、0，故可得 u負(fù)載參數(shù)已知時(shí)，可以由uUN的波形求出U相電流iU的波形，圖4-10g給出的是阻感負(fù)載下 時(shí)iU的波形。u把橋臂1、3、5的電流加起來，就可得到直流側(cè)電流id的波形，如圖4-10h所示，可以看出id每隔60脈動(dòng)一次。 3/)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu(4-6)(31 WN VN UNNNuuuu(4-7)4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路21p基本的數(shù)量關(guān)系u把輸出線電壓uUV展開成傅里葉級(jí)數(shù)得 式中， ，k為自然數(shù)。16 knu輸出線電壓有效值UUV為 其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分別為 nktnntUttttt

18、Uusin)1(1sin3213sin13111sin1117sin715sin51sin32ddUV(4-8)d202UVUV816.0d21UtuU(4-9)ddUV1m1 .132UUU(4-10)ddUV1mUV178. 062UUUU(4-11)4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路22u把uUN展開成傅里葉級(jí)數(shù)得 ntnntUtttttUusin1sin213sin13111sin1117sin715sin51sin2ddUN 式中， ，k為自然數(shù)。16 knu負(fù)載相電壓有效值UUN為 其中基波幅值UUN1m和基波有效值UUN1分別為p 為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件

19、同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通先斷后通”的方法加入死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間。 (4-12)d202UNUN471.0d21UtuU(4-13)ddUN1m637.02UUU(4-14)dUN1mUN145.02UUU(4-15)4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路23p 例：三相橋式電壓型逆變電路，例：三相橋式電壓型逆變電路，180導(dǎo)電方式，導(dǎo)電方式，Ud=200V。試求輸出相電。試求輸出相電壓的基波幅值壓的基波幅值UUN1m和有效值和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值、輸出線電壓的基波幅值UUV1m和有效值和有效值UUV1、輸出線電壓中、輸出線電壓中7次諧波的有效值次

20、諧波的有效值UUV7。 解：解： dUN1mUN145. 02UUU0.4520090（V） ddUN1m637. 02UUU0.637200127.4（V） ddUV1m1.132UUU 1.1200=220（V） ddUV1mUV178. 062UUUU 0.78200=156（V） UUV7 =2 Ud/（3.147 ）=22.3（V） 23圖圖4-11 電流型三相橋式逆變電路電流型三相橋式逆變電路 4.3 電流型逆變電路電流型逆變電路引言引言24p 直流電源為直流電源為電流源電流源的逆變電路，的逆變電路，稱為稱為電流型逆變電路電流型逆變電路。p 電流型逆變電路主要特點(diǎn)電流型逆變電路主要

21、特點(diǎn)u 直流側(cè)串大電感大電感，電流基本無脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。u 交流輸出電流為矩形波矩形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。u 直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。p 電流型逆變電路中，采用電流型逆變電路中，采用半控半控型器件的型器件的電路仍應(yīng)用較多，換電路仍應(yīng)用較多，換流方式有流方式有負(fù)載換流負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流。4.3 電流型逆變電路電流型逆變電路4.3.1 單單相電流相電流型逆變型逆變電路電路4.3.2 三三相電流相電流型逆變型逆變電路電路254.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路26p電路分析u 由四個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂的晶

22、閘管各串聯(lián)一個(gè)電抗器電抗器，用來限制晶閘管開通時(shí)的di/dt。u 采用負(fù)載換相負(fù)載換相方式工作的，要求負(fù)載電流略超前于負(fù)載電壓，即負(fù)載略呈容性容性。 u 電容C和L 、R構(gòu)成并聯(lián)諧振電并聯(lián)諧振電路路。u 輸出電流波形接近矩形波矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波。圖圖4-12 單相橋式電流型單相橋式電流型（并聯(lián)諧振式并聯(lián)諧振式）逆變電路）逆變電路 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路27p工作波形分析u 在交流電流的一個(gè)周期內(nèi)，有兩個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)通階段兩個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)通階段和兩個(gè)換流階段兩個(gè)換流階段。 u t1t2：VT1和VT4穩(wěn)定導(dǎo)通階段，io=Id，t2時(shí)刻前，在C上建立了左

23、正右負(fù)左正右負(fù)的電壓。u 在t2時(shí)刻觸發(fā)VT2和VT3開通，開始進(jìn)入換流階段。u 由于換流電抗器電抗器LT的作用， VT1 和VT4不能立刻關(guān)斷，其電流有一個(gè)減小過程，VT2和VT3的電流也有一個(gè)增大過程。圖圖4-13 并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形 圖圖4-12 單相橋式電流型（單相橋式電流型（并聯(lián)諧振式并聯(lián)諧振式）逆變電路）逆變電路 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路28圖圖4-13 并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形 4個(gè)晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù)載電容電壓經(jīng)兩個(gè)并個(gè)晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù)載電容電壓經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的放電回路同時(shí)放電。聯(lián)的放電回路同時(shí)放

24、電。 一個(gè)回路是經(jīng)一個(gè)回路是經(jīng)LT1、VT1、VT3、LT3回到電回到電容容C。 另一個(gè)回路是經(jīng)另一個(gè)回路是經(jīng)LT2、VT2、VT4、LT4回到回到電容電容C。u 當(dāng)當(dāng)t=t4時(shí)，時(shí)，VT1、VT4電流減至零而關(guān)斷，直流電流減至零而關(guān)斷，直流側(cè)電流側(cè)電流Id全部從全部從VT1、VT4轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到VT2、VT3，換換流階段結(jié)束流階段結(jié)束。圖圖4-12 單相橋式電流型單相橋式電流型（并聯(lián)諧振式并聯(lián)諧振式）逆變電路）逆變電路 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路29t圖圖4-13 并聯(lián)諧振式逆變電路并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形工作波形 u 晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，t4時(shí)刻換流

25、結(jié)束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時(shí)間t ，t= t5- t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq。u 為保證可靠換流應(yīng)在uo過零前t = t5- t2時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3，t 為觸發(fā)引前時(shí)間為觸發(fā)引前時(shí)間 io超前于uo的時(shí)間（負(fù)載的功率因數(shù)角負(fù)載的功率因數(shù)角） 把t表示為電角度（弧度）可得ttt(4-16)ttt2(4-17)22tt(4-18)4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路30p基本的數(shù)量關(guān)系uio展開成傅里葉級(jí)數(shù)可得 u負(fù)載電壓有效值Uo和直流電壓Ud的關(guān)系 其基波電流有效值Io1為 2cos)2cos(o22cos)cos(o2)(dsino21)(d1dUUttUtA

26、BuUtttIi5sin513sin31sin4do(4-19)dd1o9 .024III(4-20)4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路31一般情況下 值較小，可近似認(rèn)為cos( /2)1，再考慮到式(4-18)可得 cos22odUU或p 實(shí)際工作過程中，感應(yīng)線圈參數(shù)隨時(shí)間變化，必須使工作頻率適應(yīng)負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種控制方式稱為自勵(lì)方式自勵(lì)方式。u固定工作頻率的控制方式稱為他勵(lì)方式他勵(lì)方式。u自勵(lì)方式存在起動(dòng)問題起動(dòng)問題，解決方法：先用他勵(lì)方式，系統(tǒng)開始工作后再轉(zhuǎn)入自勵(lì)方式。附加預(yù)充電起動(dòng)電路。cos11. 1cos22ddoUUU(4-21)4.3.2 三相電流型逆變電

27、路三相電流型逆變電路32tOtOtOtOIdiViWuUVU圖圖5-14 5-14 電流型三相橋式逆電流型三相橋式逆變電路的輸出波形變電路的輸出波形 圖圖5-11 5-11 電流型三相橋式逆變電路電流型三相橋式逆變電路p電路分析u 基本工作方式是120導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式，每個(gè)臂一周期內(nèi)導(dǎo)電120，每個(gè)時(shí)刻上下橋臂組各有一個(gè)臂導(dǎo)通。u 換流方式為橫向換流橫向換流。p波形分析u 輸出電流波形和負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，正負(fù)脈沖各120的矩形波矩形波。u 輸出電流和三相橋整流帶大電感負(fù)載時(shí)的交流電流波形相同，諧波分析表達(dá)式也相同。u 輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，大體大體為正弦波為正弦波，但疊加了一些脈沖。u 輸

28、出交流電流的基波有效值IU1和直流電流Id的關(guān)系為 dd1U78. 06III(4-22)i4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路33圖圖4-15 串聯(lián)二極管式晶閘管串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路逆變電路 p串聯(lián)串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路二極管式晶閘管逆變電路u 主要用于中大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。u 電路分析 是電流型電流型三相橋式逆變電路，各橋臂的晶閘管和二極管串聯(lián)使用。 120導(dǎo)電工作方式導(dǎo)電工作方式，輸出波形和圖4-14的波形大體相同。 采用強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流方式，電容C1C6為換流電容。u 換流過程分析 電容器所充電壓的規(guī)律：對(duì)于共陽極晶閘管，它與導(dǎo)通晶閘管相連一導(dǎo)

29、通晶閘管相連一端極性為正，另一端為負(fù)端極性為正，另一端為負(fù)，不與導(dǎo)通晶閘管相連的電容器電壓為零，共陰極的情況與此類似，只是電壓電壓極性極性相反相反。4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路34 等效等效換流電容換流電容概念：圖4-16中的換流電容C13就是圖4-14中的C3與C5串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的等效電容。 分析從VT1向VT3換流的過程假設(shè)換流前VT1和VT2通，C13電壓UC0左正右負(fù)左正右負(fù)。換流階段分為恒流放電恒流放電和二極管換流二極管換流兩個(gè)階段。t1時(shí)刻觸發(fā)VT3導(dǎo)通導(dǎo)通，VT1被施以反壓而關(guān)斷關(guān)斷，Id從VT1換到VT3，C13通過VD1、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、V

30、T2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段恒流放電階段，如圖416b。圖圖4-16 換流過程各階段的電流路徑換流過程各階段的電流路徑 4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路35圖圖4-16 換流過程各階段的電流路徑換流過程各階段的電流路徑 uC13下降到零之前，VT1承受反壓，反壓時(shí)間大于tq就能保證可靠關(guān)斷。 t2時(shí)刻uC13降到零，之后C13反向充電，忽略負(fù)載電阻壓降，則二極管VD3導(dǎo)通，電流為iV，VD1電流為iU=Id-iV，VD1和VD3同時(shí)導(dǎo)通，進(jìn)入二極管換二極管換流階段流階段。 隨著C13電壓增高，充電電流漸小，iV漸大，t3時(shí)刻iU減到零，iV=I

31、d，VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束。 t3以后，進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段穩(wěn)定導(dǎo)通階段。4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路36ttOuOiUCOuC13uC5uC3-UCOIdiUiVt1t2t3圖圖4-17 串聯(lián)二極管晶閘管串聯(lián)二極管晶閘管逆變電路換流過程波形逆變電路換流過程波形 從VT1向VT3換流的過程中，如果負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)，則在t2時(shí)刻uC13降至零時(shí)，如電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)eVU0，則VD3仍承受反向電壓而不能導(dǎo)通。直到uC13升高到與與eVU相等相等后，VD3才承受正向電壓而導(dǎo)通，進(jìn)入VD3和VD1同時(shí)導(dǎo)通的二極管換流階段。 u波形分析 圖4-17給

32、出了電感負(fù)載時(shí)，uC13、iU和iV的波形圖。 uC1的波形和uC13完全相同。 uC3從零零變到-UC0，uC5從UC0變到零零，變化幅度是C1的一半。 這些電壓恰好符合相隔120后從VT3到VT5換流時(shí)的要求，為下次換流準(zhǔn)備好了條件。 4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路37圖圖4-18 無換相器電動(dòng)機(jī)的基本電路無換相器電動(dòng)機(jī)的基本電路 p負(fù)載為同步電動(dòng)機(jī)u 其工作特性和調(diào)速方式都和直流電動(dòng)機(jī)相似，但沒有換向器，因此被稱為無換無換向器電動(dòng)機(jī)向器電動(dòng)機(jī)。 u 采用120導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式，利用電動(dòng)機(jī)反電反電勢(shì)勢(shì)實(shí)現(xiàn)換流。 u BQ是轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，用來檢測(cè)磁極位置以決定什么時(shí)候給哪

33、個(gè)晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖。圖圖4-19 無換相器電動(dòng)機(jī)電路無換相器電動(dòng)機(jī)電路工作波形工作波形 4.4 多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路引言引言p電壓型電壓型逆變電路的輸出電壓是矩形波，逆變電路的輸出電壓是矩形波，電流型電流型逆逆變電路的輸出電流是矩形波，變電路的輸出電流是矩形波，矩形波矩形波中含有較多中含有較多的的諧波諧波，對(duì)負(fù)載會(huì)產(chǎn)生不利影響。，對(duì)負(fù)載會(huì)產(chǎn)生不利影響。 p常常采用常常采用多重逆變電路多重逆變電路把幾個(gè)矩形波組合起來，把幾個(gè)矩形波組合起來，使之成為使之成為接近正弦波接近正弦波的波形。的波形。 p也可以改變電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成也可以改變電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成多電平逆變電路多

34、電平逆變電路，它，它能夠輸出較多的電平，從而使輸出電壓向正弦波能夠輸出較多的電平，從而使輸出電壓向正弦波靠近?？拷?。 384.4 多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路4.4.1 多重逆變多重逆變電路電路 4.4.2 多電平逆多電平逆變電路變電路394.4.1 多重逆變電路多重逆變電路4012060180tOtOtO三次諧波三次諧波三次諧波三次諧波u1u2uo圖圖4-20 二重單相逆變電路二重單相逆變電路 圖圖4-21 二重逆變電路的工作波形二重逆變電路的工作波形 p二二重單相電壓型逆變電路重單相電壓型逆變電路 u 兩個(gè)單相全橋逆變電路組成，輸出通過變壓器T1和T2串聯(lián)串聯(lián)起

35、來。u 輸出波形兩個(gè)單相的輸出u1和u2是180矩形波矩形波。u1和u2相位錯(cuò)開 =60,其中的3次諧波就錯(cuò)開了360=180，變壓器串聯(lián)合成后，3次諧次諧波互相抵消波互相抵消，總輸出電壓中不含3次諧波。uo波形是120矩形波，含6k1次諧波次諧波，3k次諧波都被抵消。p由此得出的一些結(jié)論u 把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來，使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消，就可以得到較為接近正弦波的波形。 u 多重逆變電路有串聯(lián)多重串聯(lián)多重和并聯(lián)多重并聯(lián)多重兩種方式，電壓型逆變電路電壓型逆變電路多用串聯(lián)多重方式串聯(lián)多重方式，電電流型逆變電路流型逆變電路多用并聯(lián)多重方式用并聯(lián)多重方式。 4.4

36、.1 多重逆變電路多重逆變電路41圖圖4-22 三相電壓型二重逆變電路三相電壓型二重逆變電路 p三相電壓型二重逆變電路u電路分析由兩個(gè)三相橋式逆變電路構(gòu)成，輸出通過變壓器串聯(lián)變壓器串聯(lián)合成。兩個(gè)逆變電路均為180導(dǎo)通方式導(dǎo)通方式。工作時(shí)，逆變橋II的相位比逆變橋I滯后30。T1為/ Y聯(lián)結(jié)，線電壓變比為 ，T2一次側(cè)聯(lián)結(jié)，二次側(cè)兩繞組曲折星形接法曲折星形接法，其二次電壓相對(duì)于一次電壓而言，比T1的接法超前30，以抵消逆變橋II比逆變橋I滯后的30，這樣uU2和uU1的基波相位就相同基波相位就相同。如果T2和T1一次側(cè)匝數(shù)相同，為了使uU2和uU1基波幅值相同基波幅值相同，T2和T1二次側(cè)間的匝

37、比就應(yīng)為 。 3:13/14.4.1 多重逆變電路多重逆變電路42UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)圖圖4-23 二次側(cè)基波電壓合成相量圖二次側(cè)基波電壓合成相量圖 tOtOtOtOtO3131)(1+)UU1UA21-UB22UU2UUN(UA1)UdUd32Ud31Ud32Ud(1+Ud31Ud圖圖4-24 三相電壓型二重逆變電路波形圖三相電壓型二重逆變電路波形圖 u工作波形T1、T2二次側(cè)基波電壓合成情況的相量圖如圖4-23所示，圖中UA1、UA21、UB22分別是變壓器繞組A1、A21、B22上的基波電壓相量。 由圖4-24可以看出，uUN比uU1接近正弦波。4.4.1 多重

38、逆變電路多重逆變電路43u基本的數(shù)量關(guān)系把uU1展開成傅里葉級(jí)數(shù)得式中，n=6k1，k為自然數(shù)。 uU1的基波分量有效值為 n次諧波有效值為 nktnntUusin) 1(1sin32dU1(4-23)ddU1178.06UUU(4-24)nUUdU1n6(4-25)4.4.1 多重逆變電路多重逆變電路44輸出相電壓uUN的基波電壓有效值為 其n次諧波有效值為式中，n=12k1，k為自然數(shù)，在uUN中已不含5次、7次等諧波。u該三相電壓型二重逆變電路的直流側(cè)電流每周期脈動(dòng)12次，稱為12脈波逆脈波逆變電路變電路，一般來說，使m個(gè)三相橋式逆變電路的相位依次錯(cuò)開 運(yùn)行，連同使它們輸出電壓合成并抵消

39、上述相位差的變壓器，就可以構(gòu)成脈波數(shù)為脈波數(shù)為6m的逆變電路的逆變電路。 )3/( mddUN156.162UUU(4-26)UN1dUNn162UnnUU(4-27)4.4.2 多電平逆變電路多電平逆變電路45tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3圖圖4-9 三相電壓型橋式逆變電路三相電壓型橋式逆變電路 圖圖4-10 電壓型三相橋式逆變電路的電壓型三相橋式逆變電路的工作波形工作波形 p回顧圖4-9三相電壓型橋式逆變電路和圖4-10的波形，以N為參考點(diǎn)，輸出相電壓有Ud/2和-Ud/2兩種電平，稱為兩電平逆變電路兩電平逆變電路。4.4.2 多電平逆變電路多電平逆變電路46圖圖4-25 飛跨電容三飛跨電容三電平逆變電路電平逆變電路 p多電平逆變電路u包括：中點(diǎn)鉗位、飛跨電容、串聯(lián)